PDF 0 Ã Ÿ «X

167 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn

THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP “PIN ĐIỆN HÓA SÁNG TẠO”

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Đinh Thị Xuân Thảo¹, Cao Thị Thặng², Lê Thị Hồng Hải³, Trần Thị Yến Vy¹

1Khoa Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Trường Đại học Tây Nguyên

2Viện Khoa học giáo dục Việt Nam

3Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Tóm tắt. Dạy học tích hợp là một trong những định hướng chính của đổi mới giáo dục phổ thông ở nước ta và giáo dục STEM là một hướng đi mới đang được đặc biệt quan tâm phát triển trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề tích hợp theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển cho người học những năng lực đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại là một nhiệm vụ cấp thiết. Bài báo trình bày nguyên tắc, quy trình xây dựng và một số hình thức tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM đồng thời minh họa thiết kế tiến trình dạy học chủ đề “Pin điện hóa sáng tạo” cho HS lớp 12 học theo chương trình nâng cao dưới hình thức hoạt động trải nghiệm.

Từ khoá: Dạy học tích hợp, STEM, chủ đề tích hợp, pin điện hóa sáng tạo.

1. Mở đầu

STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM dựa vào sự khám phá nhằm trang bị cho người học những kĩ năng và kiến thức tích hợp cần thiết về các lĩnh vực nhằm tìm ra cách giải quyết các vấn đề thực tiễn. STEM giúp nâng cao hứng thú học tập, hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất và các kĩ năng mềm của người học. “Giáo dục STEM là chìa khóa cho sự đổi mới và tăng trưởng kinh tế trong thế giới kết nối mạng, mà ở đó con người được bao quanh bởi công nghệ và sáng tạo.” (theo UNESCO) [1].

Chương trình giáo dục của thế kỉ 20 chủ yếu tập trung vào Khoa học (S) và Toán học (M) mà xem nhẹ vai trò của công nghệ (T) và kĩ thuật (E). Không chỉ cần Toán học và Khoa học, trong thế kỉ 21 HS còn cần công nghệ và kĩ thuật cũng như các kĩ năng mềm cần thiết khác. Trên thực tế nhiều phát minh công nghệ, khoa học, ứng dụng mới là kết quả của sự tích hợp công nghệ từ những chuyên ngành trên, vì vậy STEM được các nhà khoa học và giáo dục đưa ra nhằm nhấn mạnh đến tầm quan trọng đặc biệt của bốn chuyên ngành như một động lực để khuyến khích việc học tập, nghiên cứu xung quanh các môn học này và cách tích hợp giữa chúng trong sự phát triển khoa học kĩ thuật và ứng dụng hiện nay. Có thể nói giáo dục STEM tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỉ 21, đáp ứng sự phát triển kinh tế, xã hội của quốc gia và có thể tác động tích cực đến sự thay đổi của nền kinh tế tri thức trong bối cảnh toàn cầu hóa [1, 2].

Ngày nhận bài: 4/7/2017. Ngày sửa bài: 2/11/2017. Ngày nhận đăng: 10/1/2018.

Tác giả liên hệ: Đinh Thị Xuân Thảo. Địa chỉ e-mail: thaodinhtnu@gmail.com

168

Giáo dục STEM bắt nguồn từ nước Mỹ cách đây gần hai thập kỉ và cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia theo đuổi chương trình giáo dục STEM bởi họ nhận thấy đó là hướng đi đúng và mang tính tất yếu trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế giữa các quốc gia. Giáo dục STEM mới chỉ xuất hiện ở Việt Nam trong những năm gần đây, đã được triển khai thí điểm ở 14 trường trung học thuộc 5 tỉnh: Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định và đã có hơn 50 dự án STEM được thực hiện và với những lợi ích mà giáo dục STEM mang lại, trong chỉ thị số 4509/BGDĐT-GDTrH, Bộ GD&ĐT đã chính thức quyết định triển khai chương trình giáo dục STEM vào các trường học phổ thông của Việt Nam:“Tiếp tục quán triệt tinh thần giáo dục tích hợp trong việc thực hiện chương trình phổ thông ở những môn liên quan. Triển khai thí điểm giáo dục STEM tại một số trường lựa chọn”. Ngoài ra chỉ thị 16/CT-TTg (04/5/2017) của Thủ Tướng Chính Phủ chỉ rõ: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông… Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017-2018” [3]. Như vậy giáo dục STEM đã được bắt đầu quan tâm và phát triển ở Việt Nam, từ năm 2015 đến nay các ngày hội STEM được tổ chức tại Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Công nghệ Hà Nội hay một số trường phổ thông tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh. Từ năm 2017 các hội thảo về STEM cũng được tổ chức như hội thảo “STEM sự lựa chọn trong tương lai” do Học Viện Sáng Tạo S3 tổ chức tháng 8 năm 2017, hội thảo khoa học “Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông” do trường Đại học Sư phạm Tp HCM tổ chức vào tháng 11 năm 2017 và gần đây nhất là hội thảo “Dạy học theo định hướng giáo dục STEM” do trường Đại học Sư phạm Hà Nội tổ chức vào tháng 3 năm 2018...với các bài báo cáo hội thảo nổi bật như “Xây dựng hệ sinh thái STEM trong trường phổ thông” của TS. Đặng Văn Sơn - Giám đốc Chương trình STEM, Học viện Sáng tạo S3 hay “Dạy học môn khoa học tự nhiên theo tiếp cận giáo dục STEM” của PGS.TS Nguyễn Văn Biên, báo cáo

“Giáo dục STEM trong chương trình phổ thông mới” của PGS.TS Lê Huy Hoàng và vấn đề về

“Cơ hội việc làm và những điều cần chuẩn bị cho định hướng nghề nghiệp STEM” của TS.

Nguyễn Thị Thu Trang - Trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh [4-7]. Về các công trình nghiên cứu về STEM thì từ năm 2015 đến nay mới chỉ có một số nghiên cứu về lí luận và vận dụng STEM vào dạy học một số bộ môn như Công nghệ của tác giả Lê Xuân Quang và Tự nhiên xã hội (Tiểu học) của tác giả Dương Phú Việt Anh, Nguyễn Hoài Nam và một số môn học khác [8, 9]. Việc nghiên cứu thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề môn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM còn rất ít hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào đề cập trước đây.

Chương trình giáo dục phổ thông ở nước ta đang được xây dựng theo hướng tích hợp vì vậy ở cấp độ giáo dục phổ thông, giáo dục STEM mang ý nghĩa thúc đẩy dạy học các lĩnh vực STEM, vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học. Trong chương trình mới có đầy đủ các môn STEM với sự chú trọng hơn về vị trí, vai trò của môn tin học, công nghệ. Ngoài ra còn có các chủ đề STEM trong chương trình môn học tích hợp ở các môn Tự nhiên và xã hội, Khoa học, Tin học, Công nghệ (Tiểu học) và Khoa học tự nhiên (Trung học cơ sở);

chủ đề liên môn ở THPT hoặc các chuyên đề dạy học STEM và các hoạt động trải nghiệm ở lớp 11, 12... [10, 11].

Nội dung về phản ứng oxi hóa khử và nguồn điện hóa học là một trong những kiến thức quan trọng được đưa vào chương trình hóa học phổ thông, đây là nội dung gắn liền với đời sống và sản xuất đồng thời chứa đựng nhiều kiến thức liên quan với các môn học khác trong STEM như vật lí, công nghệ, kĩ thuật và toán. Xuất phát từ những lí do trên chúng tôi tiến hành thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề dạy học tích hợp “Pin điện hóa sáng tạo” theo định hướng giáo dục STEM.

169

2. Nội dung nghiên cứu

2.1. Chủ đề tích hợp STEM

2.1.1. Nguyên tắc xây dựng chủ đề dạy học tích hợp STEM

- Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực: Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm STEM.

Do vậy, bài học STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu.

- Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết. Tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan.

- Chủ đề STEM định hướng thực hành: Định hướng hành động là một đặc điểm của quan điểm STEM. Chỉ khi chủ đề STEM định hướng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho HS. Điều này sẽ giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lí thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lí thuyết, nguyên lí thông qua các hoạt động thực tế. Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn. HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác. Với cách học này, GV không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình.

- Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS: Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân. Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn. Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21 bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm HS sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp.[3]

2.1.2. Quy trình thiết kế tiến trình dạy học chủ đề tích hợp STEM Bước 1: Xác định vấn đề thực tiễn

Vấn đề thực tiễn là các tình huống xảy ra có vấn đề với HS, có tính chất kĩ thuật. Nó có thể là các ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu. Nó cũng có thể là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi HS giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế. GV nêu vấn đề thực tiễn bằng nhiều hình thức như: một câu chuyện, một tình huống thực tiễn, bài tập thực tiễn, dự án học tập giải quyết các vấn đề thực tiễn, hoạt động trải nghiệm sáng tạo, hoạt động nghiên cứu khoa học… làm cho HS xuất hiện nhu cầu giải quyết vấn đề thực tiễn [3].

Bước 2: Xác định nội dung kiến thức của chủ đề

Thông qua đặt câu hỏi nghiên cứu, hình thành ý tưởng của chủ đề và hệ thống kiến thức STEM trong chủ đề. Câu hỏi nghiên cứu là các câu hỏi được đặt ra cho HS nhằm gợi ý để giúp HS đề xuất các giải pháp, nhiệm vụ nhằm đạt được mục tiêu của chủ đề. Ý tưởng chủ đề hướng tới các vấn đề thực tiễn gì liên quan để giải quyết được vấn đề thực tiễn. Xây dựng hệ thống kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề.

Bước 3: Xác định mục tiêu của chủ đề

Cần xác định mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và thái độ cần đạt được sau khi thực hiện chủ đề STEM cho HS. Mục tiêu cần rõ ràng, có tính khả thi phù hợp với năng lực HS và điều kiện địa phương. Đặc biệt cần chỉ rõ những năng lực chính cần hướng tới để phát triển cho HS thông qua việc dạy học chủ đề [8].

170

Bước 4: Chuẩn bị các mẫu vật, hóa chất, dụng cụ, vị trí để thực hiện chủ đề

Trên cơ sở nội dung, mục tiêu chủ đề, GV chuẩn bị hoặc hướng dẫn HS chuẩn bị đầy đủ cơ sở vật chất, dụng cụ… cần thiết để tổ chức thực hiện chủ đề.

Bước 5: Thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề

GV xây dựng quy trình tổ chức, thực hiện chủ đề STEM theo các hoạt động, nhiệm vụ một cách rành mạch, rõ ràng, dễ thực hiện. Ở mức độ cao, GV chỉ nêu mục tiêu chủ đề, yêu cầu đạt được, cung cấp cơ sở vật chất cần thiết yêu cầu HS tự xây dựng các bước và thực hiện chủ đề.

Khi thiết kế kế hoạch dạy học GV cần vận dụng một số mô hình, phương pháp dạy học STEM hiệu quả như phương pháp dạy học dự án, tổ chức hoạt động trải nghiệm, mô hình 5E của phương pháp dạy học khám phá hay quy trình tìm tòi nghiên cứu khoa học...

Bước 6: Xác định đối tượng, thời gian, hình thức tổ chức chủ đề

* Đối tượng: Cần xác định đối tượng phù hợp với chủ đề trên cơ sở nội dung bám sát với chương trình phổ thông của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Đối tượng HS có thể chọn từ lớp 1 đến lớp 12.

* Thời gian: Cần xác định thời gian phù hợp gồm cả thời gian chuẩn bị, thời gian thực hiện.

Mỗi chủ đề nên xây dựng thời gian thực hiện trên lớp từ 60 đến 150 phút.

* Hình thức tổ chức: Có thể tổ chức trong giờ học chính khóa hay hoạt động trải nghiệm tại các phòng STEM của nhà trường hoặc tại các cơ sở sản xuất, phòng STEM các doanh nghiệp, các trường đào tạo nghề.

Bước 7: Tổ chức dạy học và đánh giá

Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM và đánh giá hiệu quả của chủ đề trong việc phát triển năng lực cho HS. Khi tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM cần phải có sự phối hợp của GV và HS trong quá trình tổ chức dạy học phải đảm bảo được các yếu tố như quy mô lớp học, không gian lớp học, thời gian, thiết bị dạy học và tư liệu. Ngoài ra còn cần chú ý đến năng lực của GV và HS để phát huy được tối đa những hiệu quả mà giáo dục STEM mang lại.

2.1.3. Một số hình thức tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM - Lồng ghép trong một tiết dạy hoặc một bài học chính khóa - Tổ chức thành một tiết dạy hoặc một bài học ngoại khoá

- Xây dựng mới hoặc lồng ghép với một phòng học bộ môn nhằm trang bị các công cụ thực hành thông dụng để triển khai giáo dục STEM

- Tổ chức thành một cuộc thi trong phạm vi hẹp giữa các nhóm hoặc lớp - Tổ chức thành một cuộc thi giữa các trường, cấp cụm hoặc cấp thành phố [7].

2.2. Minh họa thiết kế tiến trình dạy học chủ đề tích hợp “Pin điện hóa sáng tạo” theo định hướng giáo dục STEM

Bước 1. Xác định vấn đề thực tiễn

Pin là nguồn điện gần gũi trong đời sống hàng ngày, cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị quen thuộc như: đồng hồ, laptop, điện thoại, đèn pin.... Học sinh đã được học về thành phần cấu tạo chính của pin điện hoá là điện cực và dung dịch chất điện li vì vậy trong đời sống hằng ngày chúng ta cũng có thể tự chế tạo những pin điện hoá từ những vật liệu thông thường dễ kiếm để phục vụ cho một số trường hợp cần thiết như thắp sáng bóng đèn led khi đi dã ngoại bằng vài quả chanh hay làm cho một chiếc đồng hồ điện tử tiếp tục chạy khi bị hết pin bằng một củ khoai tây [3].

Bước 2. Đặt câu hỏi nghiên cứu, hình thành ý tưởng và hệ thống kiến thức STEM trong chủ đề “Pin điện hóa sáng tạo”

 Câu hỏi nghiên cứu:

1. Em đã biết gì về pin điện hóa? Có thể chế một “pin điện hóa” mà không cần dùng dung dịch chất điện li là các chất hóa học không?

171 2. Làm thế nào để chế tạo một pin điện hóa từ nguyên liệu thông thường trong đời sống hằng ngày như củ, quả, đất, nước muối, giấm ăn….

 Hình thành ý tưởng chủ đề

 Kiến thức STEM trong chủ đề Stt Tên sản phẩm/

thí nghiệm

Khoa học (S)

Công nghệ (T)

Kĩ thuật (E)

Toán học (M) 1 Pin chanh Hoá học: Phản

ứng oxi hóa khử trên bề mặt điện cực. Quá trình điện li. Pin điện hóa. pH của dung dịch.

Vật lí: Mạch điện, điện cực, hiệu điện thế, cường độ dòng điện, công suất, cuộn cảm.

Sinh hóa học: Môi trường của dung dịch chất bên trong các loại củ quả, đất.

Nguyên liệu chế tạo ra một pin điện hóa.

Lắp ráp, ghép nối dây điện để tạo ra các loại pin điện hóa.

Sử dụng vol kế điện tử đo suất điện động của pin.

Tính toán suất điện động của các pin chế tạo được về lí thuyết.

Từ kết quả đo được thực tế tính toán số lượng pin cần chế tạo để cung cấp đủ nguồn điện cho một thiết bị nào đó.

2 Pin khoai tây 3 Pin nước muối

4 Pin đất

Bước 3. Xác định mục tiêu của chủ đề

 Kiến thức

- HS trình bày được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một pin điện hóa;

- HS giải thích khả năng dẫn điện của dung dịch các chất điện li

 Kĩ năng

- Tính toán suất điện động của pin điện hoá theo lí thuyết.

- Xác định môi trường của các chất điện li và giải thích khả năng dẫn điện của các chất điện li trong củ, quả, đất, muối.

- Chế tạo được pin điện hóa đơn giản từ: quả chanh, củ khoai tây, nước muối, đất để thắp sáng bóng đèn led và chạy một đồng hồ điện tử, một mô tơ gắn cánh quạt.

- Sử dụng vol kế điện tử để đo các thông số hiệu điện thế, cường độ dòng điện.

- Lựa chọn vật liệu phù hợp, thiết kế và lắp ráp được một pin điện hoá.

- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ ý kiến.

 Thái độ

- Chấp hành nghiêm túc các nội quy của lớp.

- Nhiệt tình, hăng hái tham gia các hoạt động.

172

- Có tinh thần trách nhiệm làm việc nhóm, nhiệm vụ chung của nhóm.

 Năng lực: Các năng lực chính hướng tới: Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; năng lực tìm tòi khám phá khoa học, năng lực vận dụng kiến thức hoá học vào thực tiễn, năng lực công nghệ, năng lực tư duy kĩ thuật.

Bước 4. Chuẩn bị các mẫu vật, hóa chất, dụng cụ để thực hiện chủ đề STEM

Trên cơ sở nội dung, mục tiêu chủ đề, GV chuẩn bị hoặc hướng dẫn HS chuẩn bị đầy đủ cơ sở vật chất, dụng cụ … cần thiết để tổ chức thực hiện chủ đề:

Thí nghiệm Dụng cụ Hoá chất/ Vật dụng

Chế tạo pin chanh + Khay nhựa + Chậu thuỷ tinh

+Thanh sắt, kẽm, đồng, nhôm + Dây điện có kẹp hai đầu + Vol kế điện tử

+ Đèn led

+ Giấy chỉ thị pH

+ Chanh

Chế tạo pin khoai tây + Khay nhựa + Chậu thuỷ tinh

+Thanh sắt, kẽm, đồng, nhôm + Dây điện có kẹp hai đầu + Vol kế điện tử

+ Đồng hồ điện tử 3V + Giấy chỉ thị pH

+ Khoai tây

Chế tạo pin nước muối + Khay nhựa + Cốc thuỷ tinh

+Thanh sắt, kẽm, đồng, nhôm + Dây điện có kẹp hai đầu + Vol kế điện tử

+ Đồng hồ điện tử 3V + Giấy chỉ thị pH

+ Muối ăn + Nước

Chế tạo pin đất + Khay nhựa + Khay làm đá

+Thanh sắt, kẽm, đồng, nhôm + Dây điện có kẹp hai đầu + Vol kế điện tử

+ Đèn led + Giấy chỉ thị pH

+ Đất + Nước

Bước 5. Thiết kế kế hoạch dạy học

Chủ đề dạy học “Pin điện hoá sáng tạo” được thiết kế tiến trình theo mô hình 5E của phương pháp dạy học khám phá

* Tạo hứng thú, tìm hiểu kiến thức liên quan đến sản phẩm (20 phút) - GV lấy ví dụ về pin điện hóa: Gồm pin sạc, pin không sạc, pin ướt, pin khô…

173 - GV trình bày về lịch sử pin điện hóa:

+ Năm 1780, Luigi Galvani phát hiện ra điện của sinh vật:

Chân của con nhái đã chết co giật khi bị thanh kim loại đâm vào và chạm tới mặt bàn kim loại bên dưới. Ông cho rằng đó là điện của sinh vật và chỉ dừng lại ở hiện tượng mà không tìm hiểu nguyên nhân sinh ra điện.

+ Volta không quan tâm đến hiện tượng co giật đơn thuần, mà sâu xa hơn, ông đã nghiên cứu được nguồn điện đã sinh ra từ đâu. Dựa trên đó, ông tiếp tục nghiên cứu và đã cho ra loại pin đầu tiên của nhân loại được mang tên là “pin volta” vào năm 1800.

Hình 1. Pin volta - GV nêu tác động của pin điện hóa đến cuộc sống và môi trường: Pin được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống. Hiện nay trong mỗi gia đình có khoảng 10-15 thiết bị điện tử có sử dụng pin. Vì vậy, số lượng pin đã qua sử dụng hằng ngày thải ra môi trường khá lớn. Thông thường, khi pin không còn giá trị sử dụng, người dân có thói quen vứt bừa bãi hoặc bỏ chung vào thùng rác gia đình như các loại rác thải khác, và kết thúc số phận của chúng bằng hai phương pháp: Chôn lấp hoặc đốt.

Theo nghiên cứu của Viện Khoa học môi trường và phát triển cho thấy, cả hai phương pháp trên đều tác động xấu đến môi trường. Khi chôn lấp pin, các kim loại nặng như: Chì, kẽm, niken và thủy ngân có trong pin sẽ thấm vào đất, nguồn nước ngầm và gây ô nhiễm nguồn nước. Hoặc khi đốt, các thành phần nguy hại trong pin sẽ bốc lên thành khói độc, hay chất độc của pin đọng lại trong tro gây ô nhiễm không khí. Lượng thủy ngân có trong một cục pin cũng có thể làm ô nhiễm 500 lít nước hoặc 1m3 đất trong vòng 50 năm... Khi con người hấp thụ qua đường ăn uống hoặc hít thở, các độc tố phát tán từ pin có thể gây hại não, thận, hệ thống sinh sản và tim mạch.

- GV tổ chức cho học sinh chơi trò chơi ô chữ, vừa để tạo hứng thú cho HS vừa giúp HS có thể củng cố lại kiến thức về cấu tạo và cơ chế hoạt động của pin điện hoá Zn – Cu.

* Khám phá, thiết kế phương án chế tạo sản phẩm (40 phút)

GV đặt vấn đề: Thành phần cấu tạo chính của pin điện hoá là điện cực, dây dẫn và dung dịch chất điện li. Vậy chúng ta có thể sử dụng những vật liệu trong đời sống để thay thế cho cách chất hoá học không? Có thể chế tạo pin điện hóa từ các vật liệu xung quanh ta mà không cần hóa chất không?

GV tổ chức cho HS suy nghĩ, thảo luận nhóm trong 3 phút, tìm các dung dịch chất điện li khác trong đời sống thay thế cho các chất hoá học. GV hướng dẫn HS liên hệ kiến thức đã học về dung dịch chất điện li đó là dung dịch axit, bazơ, muối là dung dịch các chất điện li. Vậy trong đời sống hàng ngày có các dung dịch nào có tính axit, bazơ, muối hay không?

HS đề xuất các giả thuyết.

GV tổ chức cho HS thực hiện tìm tòi thông thí nghiệm xác định giá trị pH của một số dung dịch chất hoá học và dung dịch chất trong đời sống mà HS đã đề xuất. Từ giá trị pH xác định được HS kết luận về môi trường của các chất.

Chất dd

H2SO4

dd NaOH

dd Na2SO4

Nước chanh

Nước Khoai tây

Nước táo

Giấm ăn

Nước muối

dd đất

pH Môi trường

Từ thí nghiệm tìm tòi, bốn nhóm HS thảo luận để lựa chọn một dung dịch trong đời sống để

174

chế tạo pin điện hoá.

GV đề xuất nhiệm vụ cụ thể cho mỗi nhóm như sau:

Nhóm Pin điện hoá

Nhiệm vụ

1 Pin chanh 1. Chế tạo pin chanh sử dụng 1 đinh sắt và 1 thanh đồng làm điện cực.

2. Xác định cực và đo suất điện động của pin làm từ 1 quả chanh bằng vol kế điện tử. Viết các bán phản ứng xảy ra ở điện cực, áp dụng công thức tính suất điện động tiêu chuẩn của pin vừa chế tạo.

3. Gắn 1 đèn led 2V vào 2 đầu dây dẫn, kiểm tra độ sáng của bóng đèn.

4. Thay cây đinh sắt bằng một thanh kẽm khảo sát sự thay đổi về suất điện động của pin, dự đoán trên cơ sở lí thuyết đã học và đo thực tế bằng vol kế điện tử. Rút ra nhận xét chọn điện cực phù hợp.

5. Vận dụng kiến thức vật lí, nhóm thảo luận để trả lời câu hỏi “muốn tăng hiệu điện thế của dòng điện thì cần làm như thế nào?”

6. Tính toán số quả chanh cần dùng để làm sáng bóng đèn led có công suất 2V.

7. Chế tạo và đo suất điện động của pin làm từ số lượng chanh vừa tính toán và đo cường độ của dòng điện bằng vol kế điện tử và kiểm tra độ sáng của bóng đèn.

2 Pin khoai tây

1. Chế tạo pin khoai tây sử dụng 1 đinh sắt và 1 thanh đồng làm điện cực.

2. Xác định cực và đo suất điện động của pin làm từ 1 củ khoai tây bằng vol kế điện tử. Viết các bán phản ứng xảy ra ở điện cực, áp dụng công thức tính suất điện động tiêu chuẩn của pin vừa chế tạo.

3. Gắn đồng hồ điện tử 3V vào 2 đầu dây dẫn, kiểm tra xem đồng hồ có hoạt động hay không?

4. Thay cây đinh sắt bằng một thanh nhôm khảo sát sự thay đổi về suất điện động của pin, dự đoán trên cơ sở lí thuyết đã học và đo thực tế bằng vol kế điện tử. Rút ra nhận xét chọn điện cực phù hợp.

5. Vận dụng kiến thức vật lí, nhóm thảo luận để trả lời câu hỏi “muốn tăng hiệu điện thế của dòng điện thì cần làm như thế nào?”

6. Tính toán số củ khoai tây cần dùng để một đồng hồ điện tử công suất 3V hoạt động.

7. Chế tạo và đo suất điện động của pin làm từ số lượng khoai tây vừa tính toán và đo cường độ của dòng điện bằng vol kế điện tử. Kiểm tra khả năng hoạt động của đồng hồ điện tử 3V.

3 Pin nước

muối 1. Chế tạo pin nước muối NaCl sử dụng 1 đinh sắt và 1 thanh đồng làm điện cực.

2. Xác định cực và đo suất điện động của pin làm từ 1 cốc nước muối bằng vol kế điện tử. Viết các bán phản ứng xảy ra ở điện cực, áp dụng công thức tính suất điện động tiêu chuẩn của pin vừa chế tạo.

3. Gắn đồng hồ điện tử 3V vào 2 đầu dây dẫn, kiểm tra xem đồng hồ có hoạt động hay không?

4. Thay cây đinh sắt bằng một thanh kẽm khảo sát sự thay đổi về suất điện động của pin, dự đoán trên cơ sở lí thuyết đã học và đo thực tế bằng

175 vol kế điện tử. Rút ra nhận xét chọn điện cực phù hợp.

5. Vận dụng kiến thức vật lí, nhóm thảo luận để trả lời câu hỏi “muốn tăng hiệu điện thế của dòng điện thì cần làm như thế nào?”

6. Tính toán số cốc nước muổi cần dùng để một đồng hồ điện tử công suất 3V hoạt động.

7. Chế tạo và đo suất điện động của pin làm từ số lượng cốc nước muối vừa tính toán và đo cường độ của dòng điện bằng vol kế điện tử. Kiểm tra khả năng hoạt động của đồng hồ điện tử 3V.

4 Pin đất 1. Chế tạo pin đất sử dụng 1 đinh sắt và 1 thanh đồng làm điện cực và 1 chậu cây cảnh nhỏ.

2. Xác định cực và đo suất điện động của pin làm từ 1 chậu cây cảnh bằng vol kế điện tử. Viết các bán phản ứng xảy ra ở điện cực, áp dụng công thức tính suất điện động tiêu chuẩn của pin vừa chế tạo.

3. Gắn một đèn led 2V vào 2 đầu dây dẫn, kiểm tra đèn có sáng hay không?

4. Thay cây đinh sắt bằng một thanh kẽm khảo sát sự thay đổi về suất điện động của pin, dự đoán trên cơ sở lí thuyết đã học và đo thực tế bằng vol kế điện tử. Rút ra nhận xét chọn kim loại phù hợp.

5. Vận dụng kiến thức vật lí, nhóm thảo luận để trả lời câu hỏi “muốn tăng hiệu điện thế của dòng điện thì cần làm như thế nào?”

6. Tính toán số ô đất cần dùng để đèn led sáng?

7. Chế tạo và đo suất điện động của pin làm từ số lượng ô đất vừa tính toán và đo cường độ của dòng điện bằng vol kế điện tử. Kiểm tra khả năng sáng của đèn led?

- GV hỗ trợ các nhóm chuẩn bị các dụng cụ cần thiết để tiến hành chế tạo sản phẩm

- Nhóm trưởng huy động các thành viên cùng tham gia chế tạo, lắp ráp sản phẩm. Đặc biệt phân công thành viên chuẩn bị báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ.

 GV cần lưu ý cho HS khi chế tạo pin điện hoá:

+ Tạo các điện cực

– Cắm đinh sắt và thanh đồng vào quả chanh, khoai tây, đất và nước muối với chiều sâu khoảng 1/3 thanh kim loại.

Lưu ý: Hai thanh kim loại phải tách rời, không chạm vào nhau

+ Nối dây dẫn điện

– Nối 1 đầu dây dẫn với đinh sắt, đầu còn lại nối với thanh đồng.

– Không được nối dây dẫn với 2 đầu có cùng chất liệu.

+ Gắn vào thiết bị

– Nối 2 đầu dây dẫn vào 2 cực của một thiết bị bất kỳ. Lưu ý cần gắn đúng đầu cực để thiết bị hoạt động.

176

* Giải thích

- GV yêu cầu học sinh hoàn thành phiếu học tập

PHIẾU HỌC TẬP - Xác định các cực của pin:

+ Cực âm: ...+ Cực dương: ...

+ Quả chanh/ khoai tây/ nước muối/ đất đóng vai trò là:………...…...

- Các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực là:

+ Cực âm: ...

+ Cực dương:...

- Giá trị suất điện động của pin đo được:...

- Giá trị suất điện động tiêu chuẩn của pin (lí thuyết): ………...

Cho ₃₊

Al Al

Eo = -1,66V ₂₊

Zn Zn

Eo = -0,77V ₂₊

Cu Cu

Eo =+0,34V

2+

o Fe Fe= - 0,

E 44 V

- Khi gắn dây dẫn vào các thiết bị, các thiết bị có hoạt động không? Có / không

- Khi thay đinh sắt bằng các kim loại khác, giá trị suất điện động của pin thay đổi như thế nào?

+ Dự đoán trên cơ sở lí thuyết:………

+ Giá trị đo được thực tế:………..

+ Giải thích sự thay đổi:………

- Kết quả thảo luận nhóm trả lời câu hỏi: “muốn tăng hiệu điện thế của dòng điện thì cần làm như thế nào?”

………...

...………

- Số lượng quả/củ/cốc nước muối/ ô đất cần thiết để thiết bị hoạt động:………..

- Suất điện động của pin làm từ số lượng vừa tính toán và cường độ của dòng điện đo được bằng vol kế điện tử là: ………...

+ Khả năng hoạt động của thiết bị khi gắn dây dẫn vào: hoạt động/ không hoạt động

* Mở rộng (15 phút)

GV tổ chức cho cả lớp cùng thảo luận, mở rộng nội dung chủ đề:

Vấn đề 1: Ngoài cách mắc nối tiếp nhiều quả chanh/ củ khoai tây/ cốc nước muối/ ô đất còn có cách nào khác để chỉ cần dùng 1 quả chanh/ 1 củ khoai tây/ 1 cốc nước muối hoặc 1 chậu cây mà vẫn có thể tạo ra dòng điện có thể làm các thiết bị hoạt động hay không?

GV gợi ý: Vận dụng kiến thức vật lí, căn cứ vào công suất của các thiết bị sử dụng ta có thể dùng mạch khuyếch đại để tăng công suất đầu ra.

Ví dụ: Khi sử dụng 1 củ khoai tây thì điện áp không đủ lớn khoảng dưới 1V nên không làm sáng đèn led nhưng nếu gắn thêm một mạch khuyếch đại đèn led có khả năng phát sáng ngay cả ở điện áp thấp.

Đáp án: Sử dụng mạch khuyếch đại Joule Theif gồm 1 transistor, 1 biến áp xuyến và 1 điện trở.

177 Hình 2. Sử dụng mạch khuyếch đại Joule Theif

Vấn đề 2: Nếu sử dụng mạch khuyếch đại và mắc nhiều điện cực trên 1 quả chanh/ 1 củ khoai tây/ 1 cốc nước muối hoặc 1 chậu cây thì thời gian hoạt động của các thiết bị có thay đổi hay không?

GV cung cấp thêm thiết bị mạch khuyếch đại cho các nhóm. HS tiến hành phương án lắp ráp và tìm câu trả lời cho vấn đề 2.

* Đánh giá (15 phút)

Đại diện các nhóm báo cáo kết quả hoạt động nhóm. GV sử dụng các phiếu để đánh giá kết quả hoạt động của nhóm HS và tiến hành cho HS tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng về quá trình hoạt động nhóm:

178

GV tổng kết, thông báo kết quả đánh giá và nhận xét các nhóm.

* Xác định đối tượng, thời gian, hình thức tổ chức chủ đề - Đối tượng: HS lớp 12 học theo chương trình nâng cao - Thời gian: 90 phút

- Hình thức tổ chức: Hoạt động trải nghiệm

* Tổ chức dạy học và đánh giá

- Để đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học chủ đề tích hợp “Pin điện hóa sáng tạo” theo định hướng giáo dục STEM đã thiết kế, chúng tôi tổ chức dạy học thử nghiệm chủ đề này cho học sinh lớp 12A2 của trường Trung Học Thực Hành Cao Nguyên trong năm học 2017-2018 do sinh viên Trần Thị Yến Vy lớp sư phạm Hóa K2014 là người trực tiếp tiến hành và tổ chức các hoạt động dạy học. Thông qua buổi học cho thấy với thời lượng 90 phút HS đã hoàn thành tất cả các nhiệm vụ đề ra, học sinh được trải nghiệm thực tế, tự tìm tòi, khám phá, đề xuất các phương án để giải quyết các vấn đề. Khó khăn HS gặp phải khi thực hiện chủ đề này đó là cách sử dụng các thiết bị đo như vol kế điện tử hay lắp nối các mạch điện như chưa xác định đúng chân của đèn led nên khi mắc mạch điện có thể bị ngược làm đèn led không sáng... đồng thời để giải quyết các vấn đề đặt ra trong chủ đề này, HS cần vận dụng các kiến thức liên môn vì vậy còn gây nhiều bỡ ngỡ cho HS do chưa được tiếp cận với các chủ đề dạy học tích hợp trước đây.

- Một số hình ảnh hoạt động của HS trong giờ học:

Hình 3. Xác định giá trị pH

179 Hình 4. Pin nước muối

Hình 5. Pin chanh

Hình 6. Hoạt động của giáo viên và học sinh

180

3. Kết luận

Trên cơ sở nghiên cứu lí luận về dạy học tích hợp và định hướng giáo dục STEM chúng tôi đề xuất quy trình thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM gồm 7 bước đồng thời đã vận dụng quy trình để thiết kế các hoạt động và tiến trình tổ chức dạy học chủ đề tích hợp “Pin điện hóa sáng tạo” theo định hướng giáo dục STEM nhằm tạo cơ hội cho học sinh được quan sát, thực nghiệm, khám phá, lắp ráp và vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề lí thuyết và thực tiễn,…

Trong chủ đề thể hiện rõ sự tích hợp kiến thức hóa học, vật lí thuộc lĩnh vực khoa học với kĩ thuật, công nghệ và toán và thông qua chủ đề hướng đến phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; năng lực tìm tòi khám phá khoa học, năng lực vận dụng kiến thức hoá học vào thực tiễn, năng lực công nghệ, năng lực tư duy kĩ thuật cho học sinh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] British Council, Bộ Giáo dục và đào tạo, 2016. Tài liệu Tập huấn Phương pháp giáo dục theo định hướng STEM.

[2] Mary Margaret Capraro Robert M. Capraro, Mary Margaret Capraro, 2013, STEM Project- Based Learning An Integrated Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Approach, Texas A&M University, USA.

[3] Nguyễn Thanh Nga (Chủ biên) - Phùng Việt Hải - Nguyễn Quang Linh – Hoàng Phước Muội, 2017. Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho HS trung học cơ sở và trung học phổ thông. Nxb Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh.

[4] Nguyễn Văn Biên, 2018. Báo cáo "Dạy học Khoa học tự nhiên theo tiếp cận giáo dục STEM", Hội thảo Dạy học theo định hướng giáo dục STEM: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

[5] Lê Huy Hoàng, 2018. Báo cáo "Giáo dục STEM trong chương trình phổ thông mới", Hội thảo Dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

[6] Đặng Văn Sơn, 2017. Báo cáo "Xây dựng hệ sinh thái STEM trong trường phổ thông", Hội thảo khoa học “Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mớ́i”. Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh.

[7] Nguyễn Thị Thu Trang, 2017. Báo cáo “Cơ hội việc làm và những điều cần chuẩn bị cho định hướng nghề nghiệp STEM”, Hội thảo khoa học “Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới”. Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh.

[8] Lê Xuân Quang, 2016. Một số vấn đề trong dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM. Tạp chí khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, số 61 (61B), tr.

tr.211-218.

[9] Nguyễn Hoài Nam Dương Phú Việt Anh, 2017. Teaching the natural – social subject on integrative STEM approach for first grade students. Tạp chí khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, số 62 (6), tr. 74-81.

[10] Bộ Giáo dục & Đào tạo, 2017. Chương trình giáo dục phổ thông, chương trình tổng thể.

[11] Cục Nhà giáo và Cán bộ quản lí cơ sở giáo dục - Tài liệu tập huấn dùng cho cán bộ quản lí Bộ Giáo dục & Đào tạo, giáo viên Trung học cơ sở,Trung học phổ thông 2015. Dạy học tích hợp ở trường Trung học cơ sở và Trung học phổ thông. Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội.

181 ABSTRACT

Designing and organizing integrated – teaching theme Creative electrochemical battery according to the STEM education model

Đinh Thi Xuan Thao¹, Cao Thi Thang², Lê Thi Hong Hai³, Tran Thi Yen Vy¹

1Faculty of Natural Sciences and Technology ,Tay Nguyen University

2Vietnam Institute of Educational Sciences

3Faculty of Chemistry, Hanoi National University of Education

Integrated teaching is one of the main orientations in changing the general education curriculum in our country and STEM education is a new model that is being studied to develop in the world as well as in Vietnam. Designing and organizing integrated – teaching themes according to the STEM education model to developing competencies for students to meet the demand of the modern society are a necessary task. The paper discusses the principles and procedures in designing integrated - teaching themes according to the STEM education model and at the same time, the article illustrates a form in designing and organizing integrated – teaching theme

“Creative electrochemical battery” for 12^th grade student in advanced chemistry program.

Keywords: Intergrated teaching, STEM, integrated - teaching themes, creative electrochemical battery.