Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này giới thiệu bài học trong phòng thí nghiệm dựa trên mô hình STEM cho sinh viên năm nhất ngành sư phạm hóa với mục đích chế tạo các hệ pin điện hóa đơn giản trong thời gian là 3 giờ.
VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 Original Article Manufacture of Electrical Battery in the Laboratory According to the STEM Teaching Model Bui Xuan Vuong* Faculty of Pedagogy in Natural Sciences, Sai Gon University, 273 An Duong Vuong, District 5, Ho Chi Minh City, Vietnam Received 03 December 2019 Revised 06 April 2020; Accepted 06 April 2020 Abstract: STEM is an effective teaching method that helps learners not only acquire scientific knowledge but also develop their practical skills, practical applications in life This article introduces the design of laboratory lesson based on the STEM model in which the learning activities of first-year students in chemistry pedagogy aimed at manufacturing a simple electrochemical battery system for hours Firstly, the students used their skills to search and summarize the information about electrochemical batteries Next is followed by practical activities such as using commercial batteries for making simple battery systems to power the light bulbs A challenge was given for students to promote their creativity through a competition to create the brightest electrochemical battery At the end of the session, students self-assessed according to the established questionnaire that help the teachers can check the effectiveness of teaching-learning Keywords: Positive teaching method; STEM; learning plan; AA commercial battery; electrochemical battery; practice-experiment g* * Corresponding author E-mail address: buixuanvuongsgu@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1159/vnuer.4338 52 B.X Vuong / VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 53 Chế tạo pin điện hóa phịng thí nghiệm theo mơ hình dạy học STEM Bùi Xn Vương* Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên, Đại học Sài Gòn, 273 An Dương Vương, Quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Nhận ngày 03 tháng 12 năm 2019 Chỉnh sửa ngày 06 tháng năm 2020; Chấp nhận đăng ngày 06 tháng năm 2020 Tóm tắt: STEM phương pháp dạy học hiệu giúp người học không lĩnh hội kiến thức khoa học mà giúp họ phát triển kỹ thực hành, thực tiễn ứng dụng sống Bài viết giới thiệu học phịng thí nghiệm dựa mơ hình STEM cho sinh viên năm ngành sư phạm hóa với mục đích chế tạo hệ pin điện hóa đơn giản thời gian Mở đầu việc sinh viên/học sinh sử dụng kỹ tìm kiếm, tổng hợp thơng tin pin điện Sau hoạt động thực hành sử dụng pin thương mại chế tạo hệ pin điện đơn giản để cung cấp lượng thắp sáng cho bóng đèn Tiếp đến thử thách nhằm phát huy tính sáng tạo sinh viên/học sinh thông qua việc thi đua để tạo pin điện cung cấp lượng làm cho bóng đèn sáng Kết thúc buổi học, sinh viên/học sinh tự đánh giá theo bảng hỏi thiết lập, qua giảng viên/giáo viên kiểm tra hiệu việc giảng dạy-học tập Từ khóa: Phương pháp dạy học tích cực; STEM; kế hoạch học tập; pin thương mại AA; pin điện hóa; thực hành - thí nghiệm Giới thiệu * Sự phát triển khoa học cơng nghệ có tác động lớn đến hoạt động giảng dạy học tập tất cấp học trình độ đào tạo hệ thống giáo dục quốc gia Mạng thơng tin tồn cầu internet trở thành phương tiện thân thuộc có tầm quan trọng bậc tới việc học tập, tra cứu thông tin người học Bên cạnh đó, mơ hình tổ chức lớp học thay đổi để thu hút người học với hoạt động khác bao gồm đọc, viết, tra cứu, thảo luận nhóm, thực hành-thực tiễn nhằm hướng tới việc giải vấn đề cụ thể; qua thúc đẩy tính chủ động, tích cực người học việc lĩnh hội kiến thức [1, 2] Trong năm gần đây, nhiều phương pháp dạy học tích cực đề xuất áp * Tác giả liên hệ Địa email: buixuanvuongsgu@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1159/vnuer.4338 dụng cho chương trình giảng dạy cấp độ khác Phương pháp dạy học tích cực hướng tới việc hoạt động hóa, tích cực hóa người học việc lĩnh hội tri thức Phương pháp đòi hỏi người thầy phải nỗ lực để thay đổi cải tiến giảng nhằm đem lại hiệu cao nhiệm vụ giảng dạy truyền đạt kiến thức cho người học [3-5] Có thể kể số phương pháp dạy học tích cực phương pháp “động não - brainstorming”, phương pháp “sơ đồ tư duy”, phương pháp “chia sẻ nhóm đơi”, phương pháp “các mảnh ghép” đặc biệt phương pháp dạy học theo mơ hình STEM [5, 6] Hầu hết phương pháp nêu có mục đích trang bị cho người học kỹ cần thiết để họ đạt hiệu cao việc lĩnh hội tri thức khoa học; trở thành cơng dân động, người khơng có kiến thức mà thể lực xã hội cảm xúc để điều hướng sống môi trường làm việc tương lai [6, 7] 54 B.X Vuong / VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 STEM phương pháp hình thành phát triển quỹ khoa học Mỹ năm 2001 [7, 8] Thuật ngữ STEM viết tắt cụm từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) Mathematics (toán học) Giáo dục STEM triển khai nước Âu - Mỹ, khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học tích hợp vào hoạt động giảng dạy theo nguyên tắc giảng dạy thông qua thực hành, dựa thí nghiệm thiết thực sinh động qua người học liên kết ứng dụng thực tiễn đời sống thường ngày [8, 9] Bài viết trình bày việc thiết kế học thí nghiệm theo mơ hình STEM thời gian dành cho sinh viên năm ngành i sư phạm hóa Chủ đề học chế tạo pin điện hóa đơn giản, phương pháp STEM sử dụng việc thiết kế tổ chức hoạt động dạy học Vật liệu, thiết bị cần chuẩn bị Lớp học thực hành gồm 15 sinh viên phân chia làm ba nhóm Mỗi nhóm cung cấp nguyên vật liệu gồm: Pin tiểu thương mại loại AA, bóng đèn nhỏ, vơn kế, dây điện, miếng kim loại Zn, Mg Cu, dung dịch muối Zn(NO3)2, Mg(NO3)2 CuSO4, cầu muối, máy tính kết nối internet (Hình 1) Hình Một số nguyên vật liệu, thiết bị cần chuẩn bị cho học Kế hoạch học Chủ đề chế tạo pin điện hóa đơn giản phịng thí nghiệm thiết kế cho sinh viên năm ngành hóa thời gian Phương pháp STEM áp dụng hoạt động dạy học, thời gian cho hoạt động phân chia trình bày Bảng Các thành phần mơ hình STEM học diễn giải sau: S (science) liên quan tới kiến thức điện hóa, cụ thể phản ứng oxi hóa-khử chuyển điện tích Một số kiến thức liên quan tới vật lý đề cập điện áp, dòng lượng điện T (technology) việc sử dụng vơn kế, máy tính, bóng đèn điện mạng internet E (engineering) việc sử dụng pin điện thương mại thiết kế pin điện hoạt động M (mathematics) bao gồm việc sử dụng phương trình Nernst để tính tốn sức điện động pin điện mà người học chế tạo, tính tốn số điện cực cần thiết để lắp ghép thành pin với điện áp mong muốn B.X Vuong / VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 Bảng Phân bố hoạt động học tập STT Tên hoạt động Trao đổi kiến thức pin điện hóa Sử dụng pin thương mại để nối mạch thắp sáng bóng đèn Điện hóa học pin Thiết kế mạch thắp sáng bóng đèn pin vừa chế tạo Các nhóm thi đua chế tạo pin để tạo ánh sáng tốt Trao đổi kết luận Tự đánh giá người học Thời gian (phút) 30 55 lượng cho bóng đèn, qua người học biết khái niệm điện áp dòng điện, biết cách thiết kế sơ đồ mạch đơn giản để kết nối pin với bóng đèn mơ tả Hình 20 30 30 30 30 10 3.1 Hoạt động - Trao đổi kiến thức pin điện hóa Mỗi nhóm sinh viên yêu cầu cầu cung cấp thông tin pin điện hóa Các nhóm sử dụng kỹ tìm kiếm liệu internet, thơng qua tài liệu học tập vốn kiến thức có để tập hợp lại thơng tin cách thức chế tạo pin điện hóa; phát triển khác biệt loại pin điện hóa; tầm quan trọng pin điện hóa sống hàng ngày Sinh viên thảo luận thành viên nhóm Sau đó, giảng viên yêu cầu số tất nhóm chia sẻ với phần lại lớp học Vào cuối hoạt động này, sinh viên nắm thông tin pin điện hóa, hiểu biết số loại pin có sẵn thị trường Sinh viên hình dung loại pin khác cung cấp lượng phản ứng hóa học khác nhau, tạo giá trị điện áp khác 3.2 Hoạt động - Sử dụng pin thương mại để nối mạch thắp sáng bóng đèn Pin thương mại loại AA bóng đèn nhỏ cung cấp cho nhóm Sinh viên cần phải cung cấp lượng từ pin để thắp sáng bóng đèn Giảng viên yêu cầu nhóm trao đổi, thảo luận yêu cầu để cung cấp Hình Thắp sáng bóng đèn pin thương mại AA Trong hoạt động này, sinh viên có kinh nghiệm cách kết nối dây dẫn với pin bóng đèn Thơng qua việc hướng dẫn hỏi đáp người dạy, sinh viên xác định cực dương/cực âm bóng đèn, đọc thông số kỹ thuật pin bóng đèn, hiểu bóng đèn cần số lượng pin định với điện áp tối thiểu để hoạt động 3.3 Hoạt động - Điện hóa học pin Trong hoạt động này, sinh viên học khái niệm điện hóa học bao gồm khái niệm phản ứng oxi hóa khử, nhiệt động học pin, điện cực phân loại cực âm cực dương Sau đó, nhóm xây dựng hai pin điện sử dụng vôn kế để đo giá trị suất điện động (Epin) Hình Pin điện thứ thiết lập cách sử dụng Zn/Zn2+ làm cực âm Cu/Cu2+ làm cực dương Pin thứ hai sử dụng Mg/Mg2+ làm cực âm Cu/Cu2+ làm cực dương Mỗi nhóm yêu cầu ghi lại giá trị Epin hai pin điện Người hướng dẫn bắt đầu thảo luận lý điện áp thu khác Các sinh viên hướng B.X Vuong / VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 56 dẫn để so sánh giá trị thực nghiệm với giá trị lý thuyết Thế điện cực tính dựa theo phương trình Nernst (pt 1) Từ đó, giá trị lý thuyết Epin hiệu điện cực dương điện cực âm (pt 2) Các giá trị khử chuẩn E0 nhóm tra cứu ghi nhớ 0.059 [oxh] log n [kh] E pin E( ) E( ) (2) E Eo (1) 3.5 Hoạt động - Các nhóm thi đua chế tạo pin để tạo ánh sáng tốt Như vậy, sinh viên cung cấp lượng cho bóng đèn sử dụng pin thương mại pin điện đơn giản, giảng viên yêu nhóm so sánh độ sáng ánh sáng từ hai hệ thống pin Giảng viên đặt câu hỏi yêu cầu nhóm thảo luận lý độ sáng khác điều nguyên nhân Giảng viên dẫn dắt để sinh viên hiểu khái niệm lượng điện (P), dòng điện (I) điện áp (V) phương trình liên hệ chúng (pt 3) P IV (3) Hình Sơ đồ pin điện đơn giản (nguồn internet) 3.4 Hoạt động - Thiết kế mạch thắp sáng bóng đèn pin vừa chế tạo Sau hoạt động 3, sinh viên kết hợp thông tin lên kế hoạch chế tạo pin từ tế bào điện chọn từ hoạt động để cung cấp lượng cho bóng đèn Sử dụng giá trị Epin yêu cầu tối thiểu điện áp để thắp sáng bóng đèn, sinh viên thể kỹ thuật việc chế tạo hệ pin đơn giản Mỗi nhóm yêu cầu chia sẻ công việc ý tưởng họ với thành viên lại lớp Người hướng dẫn thiết lập thi trao phần thưởng cho nhóm cung cấp lượng cho bóng đèn sáng việc sử dụng pin điện vừa chế tạo để thúc đẩy khơng khí hào hứng cho lớp học Độ sáng bóng đèn phụ thuộc trực tiếp đầu vào nguồn điện Sinh viên cố gắng tăng lượng điện cách tăng điện áp dòng điện áp mạch Kích thước kim loại, nồng độ chất điện giải, loại điện cực số lượng pin điện chủ đề thảo luận Trong hoạt động cuối cùng, sinh viên đưa thử thách để chế tạo pin từ tế bào điện cung cấp lượng cho bóng đèn để cung cấp ánh sáng mạnh Họ thể sáng tạo việc cải thiện thiết kế hệ pin để có ánh tốt Tất nhóm trình bày cơng việc trước lớp xác định nhóm có ánh sáng mạnh 3.6 Hoạt động - Trao đổi kết luận Khi kết thúc buổi thí nghiệm, giảng viên thảo luận tổng kết giúp sinh viên nắm kiến thức khoa học quan trọng liên quan tới pin điện Tùy vào tình hình thực tế học quan sát kết thực nghiệm mà sinh viên thực hiện, giảng viên đưa nhận xét, đánh giá sở mơ hình dạy học STEM 3.7 Hoạt động - Sinh viên tự đánh giá Khi tất hoạt động hoàn thành, sinh viên yêu cầu tự đánh giá dựa hài lòng họ Sinh viên trả lời B.X Vuong / VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 câu hỏi với hệ thống điểm phân loại theo mức từ 1-2 (khơng hài lịng); 2-4 (hài lịng ít); 4-6 (chấp nhận được); 6-8 (hài lòng); 8-10 (rất hài lòng) (Bảng 2) Từ kết khảo sát kết luận hài lòng sinh viên với hoạt động dạy học dựa mơ hình STEM Bảng Các câu hỏi tự đánh giá sau kết thúc học STT Tên câu hỏi Bài học giúp sinh viên/học sinh hiểu kiến thức điện hóa học, vật lý, kỹ tính tốn-thiết kế liên quan tới pin Bài học giúp sinh viên/học sinh cải thiện kỹ làm việc nhóm Bài học giúp sinh viên/học sinh việc suy nghĩ sáng tạo Bài học giúp sinh viên/học sinh kỹ thực hành, thực tiễn Sinh viên/học sinh mong muốn học tập chủ đề khác với cách thức diễn học Điểm tổng Điểm đánh giá Tổng kết học Kết thúc thực hành chế tạo pin điện hóa theo mơ hình STEM, giảng viên tổng kết lại hoạt động học tập sinh viên năm ngành hóa theo nhóm Các sinh viên thể tốt hiểu biết mặt kiến thức; kỹ thu thập thơng tin, tính tốn, thiết kế, thực hành; kỹ thuyết trình làm việc nhóm thơng qua hoạt động học tập theo mơ hình STEM Tuy vậy, qua quan sát giảng viên số sinh viên chưa quen thiếu tự tin với việc làm việc nhóm, ngại đưa ý kiến đóng góp kiến thức thiết kế thực hành Điều thói quen hoạt động giảng dạy - học tập truyền thống, kỹ thể tích cực, sáng tạo người học chưa phát huy 57 Thông qua bảng hỏi (Bảng 2), sinh viên tự đánh giá học theo hài lòng tiêu chí khác Việc đánh giá thực cách sinh viên cho điểm theo quan điểm nhân mà khơng có áp lực sinh viên ký tên vào phiếu trả lời Qua tổng kết, sinh viên đánh giá học mức hài lòng với điểm trung bình 8.9 đ có 12 sinh viên đánh giá với điểm tổng mức 8-10 (mức hài lòng), sinh viên lại với mức 6-8 (mức hài lòng) Như vậy, sinh viên hài lòng với hoạt động dựa STEM Thông qua hoạt động học tập, sinh viên nắm kiến thức khoa học mà rèn luyện kỹ cần thiết Kết tự đánh giá cho thấy đón nhận tích cực sinh viên học tập theo giáo dục STEM Kết luận Bài viết trình bày kế hoạch học tập theo mơ hình STEM lĩnh vực điện hóa học với chủ đề chế tạo pin điện đơn giản phòng thí nghiệm Dưới hướng dẫn giảng viên, sinh viên năm ngành hóa tiếp thu kiến thức khoa học, rèn luyện kỹ thông qua hoạt động học tập Sau học tập, sinh viên thể kỹ điều tra thông tin, hợp tác nhóm, thực hành-thực tiễn kỹ thuyết trình Kết chung sinh viên tạo hệ pin điện để thắp sáng bóng đèn hình thành số ý tưởng cách cải thiện chúng Kết tự đánh giá theo bảng hỏi cho thấy hài lòng sinh viên học tập theo giáo dục STEM Thiết kế học với hoạt động theo mơ hình STEM giúp sinh viên không hiểu khái niệm, kiến thức khoa học liên quan tới chủ đề học phản ứng oxi hóa khử, điện cực, điện cực, suất điện động, dòng điện, điện áp mà giúp họ cải thiện kỹ cần thiết Tài liệu tham khảo [1] S Freeman, S.L Eddy, M McDonough, M.K Smith, N Okoroafor, H Jordt, M.P Wenderoth, Active learning increases student performance in B.X Vuong / VNU Journal of Science: Education Research, Vol 36, No (2020) 52-58 58 [2] [3] [4] [5] science, engineering and mathematics, Proceedings of the National Academy of Sciences 111(23) (2014) 8410-8415 D Kember, D.Y.P Leung, The influence of active learning experienceson the development of graduate capabilities, Study High Education, 30 (2005) 155-170 STEM training manual of Vietnam Ministry of Education & Training, 2018 (in Vietnamese) E Graaff, G Saunders-Smits, M Nieweg, Research and practice of active learning in engineering education, Netherlands: Amsterdam University Press, 2005 S Swarat, A Ortony, W Revelle, Activity matters: Understanding student interest in school science, Journal of Research in Science Teaching, 49 (2012) 515-537 H h [6] J.M Breiner, S.S Harkness, C.C Johnson, C.M Koehler, What is STEM - A discussion about conceptions of STEM in education and partnerships, School Science Mathematics 112 (2012) 3-11 [7] X Wang, Why students choose STEM majors: Motivation, high school learning, and postsecondary context of support, American Educational Research Journal 20 (2013) 1-35 [8] P.M Sadler, G Sonnert, Z Hazari, R Tai, Stability and volatility of STEM career interest in high school: A gender study, Science Education 96 (2013) 411-427 [9] T Chuleeporn, STEM teaching in a chemistry laboratory “How to build a simple battery in the laboratory”, Engineering and Applied Science Research 45 (2018) 154-157 ... học thí nghiệm theo mơ hình STEM thời gian dành cho sinh viên năm ngành i sư phạm hóa Chủ đề học chế tạo pin điện hóa đơn giản, phương pháp STEM sử dụng việc thiết kế tổ chức hoạt động dạy học. .. kế hoạch học tập theo mơ hình STEM lĩnh vực điện hóa học với chủ đề chế tạo pin điện đơn giản phịng thí nghiệm Dưới hướng dẫn giảng viên, sinh viên năm ngành hóa tiếp thu kiến thức khoa học, rèn... Research, Vol 36, No (2020) 52-58 53 Chế tạo pin điện hóa phịng thí nghiệm theo mơ hình dạy học STEM Bùi Xuân Vương* Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên, Đại học Sài Gòn, 273 An Dương Vương, Quận