Kết hợp dạy học và nghiên cứu khoa học cho học sinh Lớp 12 thông qua môn Hóa học ở trung học phổ thông

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2013, Vol. 58, No. 10, pp. 11-19 KẾT HỢP DẠY HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 THÔNG QUAMÔN HÓA HỌC Ở TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Phạm Thị Thủy1, Đặng Thị Oanh2 1Trường THPT Thành Đông, Hải Dương; 2Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Bản chất của sự đổi mới phương pháp dạy học là bằng cách làm cho HS từng bước tiếp cận với NCKH để biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo. Bài báo đề cập đến vai trò hướng dẫn, tổ chức, định hướng của GV cũng như sự phối hợp giữa nhà trường phổ thông gắn với các trường đại học, các viện nghiên cứu để giúp các em bước đầu biết triển khai một đề tài NCKH. Trên cơ sở quy trình triển khai NCKH của HS trung học, bài báo trình bày việc kết hợp dạy học theo dự án (DHTDA) và NCKH thông qua một đề tài cụ thể nhằm giúp trang bị cho HS bước đầu biết vận dụng kiến thức vào trong thực tiễn thông qua việc thực hiện dự án nghiên cứu. Từ khóa: Tự đào tạo, nghiên cứu khoa học, môn Hoá học trong trường phổ thông. 1. Mở đầu Với những ưu điểm vượt trội, DHTDA đã và đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu, được nhiều GV sử dụng hiệu quả góp phần đổi mới PPDH theo hướng tích cực hóa hoạt động của HS và được triển khai trong khuôn khổ Dự án giáo dục Việt-Bỉ [1]. Cơ sở lí luận về công tác NCKH, cách thực hiện và trình bày một đề tài NCKH hầu hết là dành cho đối tượng là sinh viên. Còn với HS trung học, công tác NCKH của HS chỉ thực sự được chú trọng từ khi Việt Nam tham gia Hội thi KHKT dành cho HS trung học Thế giới, càng khẳng định khả năng sáng tạo của HS Việt Nam với nhiều dự án rất sáng tạo và độc đáo.. 2. Nội dung nghiên cứu Việc tiến hành DHTDA không chỉ đảm bảo chất lượng học tập của HS mà còn tạo ra không khí học tập sôi nổi, cuốn hút HS vào các hoạt động học tập, đồng thời trang bị cho các em nhiều kĩ năng như thuyết trình, làm việc nhóm, phỏng vấn, thu thập tài liệu...là Ngày nhận bài: 14/2/2013. Ngày nhận đăng: 15/8/2013. Liên hệ: Phạm Thị Thủy, e-mail: thuyboi83@gmail.com. 11 Phạm Thị Thủy, Đặng Thị Oanh nền tảng quan trọng cho HS làm quen dần với phương pháp NCKH. Trong khuôn khổ bài báo, chúng tôi tập trung nghiên cứu phương pháp hướng dẫn HS NCKH sau khi đã tiến hành DHTDA. 2.1. Quy trình nghiên cứu khoa học của học sinh trung học Trong cuộc thi Khoa học kĩ thuật cho HS trung học, hai loại dự án được nghiên cứu nhiều đó là dự án khoa học và dự án kĩ thuật. Hình 1a. Sơ đồ quy trình thực hiện dự án khoa học Hình 1b. Sơ đồ quy trình thực hiện dự án kĩ thuật 2.2. Công tác hướng dẫn nghiên cứu khoa học cho học sinh THPT Tạo điều kiện để HS được tham gia NCKH góp phần nâng cao chất lượng đào tạo, thúc đẩy đổi mới PPDH, kiểm tra đánh giá, phát triển năng lực HS; giúp HS tiếp cận và vận dụng các phương pháp NCKH, vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết những vấn 12 Kết hợp dạy học và nghiên cứu khoa học cho học sinh Lớp 12 thông qua môn Hóa học... đề thực tiễn cuộc sống. Sản phẩm hướng tới là HS có tư duy sáng tạo, làm việc khoa học, năng lực giải quyết vấn đề. Trong hoạt động này yêu cầu phải phù hợp với khả năng và nguyện vọng của HS, không ép buộc mà cần khơi dậy niềm đam mê khoa học, sức sáng tạo của HS; phù hợp với đòi hỏi thực tiễn của xã hội và không ảnh hưởng đến việc học tập chính khóa của HS. Đề tài của HS phải là đề tài mới, ý tưởng mới, cách tiếp cận mới. Khi HS tham gia thực hiện đề tài, cần có người giám sát, hướng dẫn, người bảo trợ. HS phải trung thực, chấp hành các quy định về hoạt động khoa học và công nghệ. GV thường xuyên động viên, khích lệ, giúp đỡ, định hướng cho HS nhưng chỉ dừng lại ở mức độ gợi ý, GV không thể làm thay HS. Với những đề tài mang tính chuyên môn sâu thì cần có sự phối hợp của các chuyên gia, nhà khoa học. 2.3. Quy trình triển khai hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học - Bước1. Tổ chức tập huấn, tuyên truyền. Nhận thức đúng đắn về mục đích, yêu cầu của việc tổ chức triển khai hoạt động NCKH của HS ở trường trung học là yếu tố then chốt đảm bảo sự thành công. Cần tổ chức tuyên truyền, tổ chức tốt hoạt động tập huấn về mục đích, yêu cầu, ý nghĩa của hoạt động NCKH của HS; trang bị cho HS kiến thức về phương pháp luận NCKH. - Bước 2. Ý tưởng nghiên cứu. Ý tưởng nghiên cứu là yếu tố đầu tiên cần có để thực hiện một dự án NCKH. Ý tưởng nghiên cứu càng độc đáo, càng sáng tạo thì dự án càng được đánh giá cao. Có thể tổ chức cho HS trong trường tham gia cuộc thi “Ý tưởng khoa học”; mở chuyên mục, diễn đàn; GV trao đổi với HS về những vấn đề thời sự, khoa học; tổ chức cho HS tham quan, quan sát thực tế; gắn kết với cuộc thi vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn để có thêm các ý tưởng cho dự án nghiên cứu. Sau đó cần tổ chức lựa chọn ý tưởng để tiến hành triển khai. Khi xem xét các ý tưởng của HS cần có các GV có chuyên môn tốt và có kinh nghiệm NCKH. - Bước 3. Người hướng dẫn nghiên cứu, người bảo trợ, người giám sát. Trong nhà trường phổ thông, để thuận lợi phần lớn các dự án có GV của nhà trường là người hướng dẫn HS NCKH vì GV có thể thường xuyên gặp gỡ HS để trao đổi các vấn đề nghiên cứu; có thể mời các nhà khoa học, chuyên gia tham gia cố vấn. Bước 4. Lập kế hoạch triển khai dự án NCKH. Kế hoạch thực hiện gồm các phần việc chính nhằm quản lí tốt quỹ thời gian cũng như kiểm soát được tiến độ thực hiện một cách khoa học. Khi lập kế hoạch cần tính toán khối lượng công việc, phân bố thời gian cho mỗi phần việc, tính toán chi phí, dự kiến trang thiết bị thí nghiệm, cơ sở vật chất. Kế hoạch cần chi tiết và có phân công rõ ràng. Bước 5. Triển khai thực hiện dự án nghiên cứu. GV phải đảm bảo an toàn cho HS trong quá trình nghiên cứu; phải liên lạc thường xuyên với HS. Yêu cầu HS thể hiện tư duy, nghiêm túc, cần cù, tỉ mỉ, số liệu nghiên cứu phải trung thực, kết luận phải được rút ra một cách thuyết phục. Quan trọng nhất GV 13 Phạm Thị Thủy, Đặng Thị Oanh khuyến khích HS khám phá, tự tin và tích cực trong nghiên cứu, không nản chí khi gặp khó khăn, bế tắc. Cần nắm vững quy trình thực hiện dự án (dự án kĩ thuật hay dự án khoa học) Trong quá trình thu thập thông tin, số liệu về đề tài, hay trong quá trình thí nghiệm, ghi chép chi tiết tất cả những thí nghiệm, số liệu đo đạc và hiện tượng quan sát vào một cuốn sổ ghi. - Bước 6. Trình bày báo cáo khoa học. Báo cáo khoa học cần đảm bảo tính trung thực trong NCKH, cần sự hướng dẫn của GV về nội dung, bố cục, ngôn ngữ trình bày. Báo cáo nghiên cứu phải được chuẩn bị cùng với sổ lưu dữ liệu công trình, bản tóm tắt về đề tài và bất cứ những tài liệu hay giấy tờ cần thiết khác. Với đề tài có sản phẩm là mô hình thì nhóm nghiên cứu cũng cần phải chuẩn bị thật chu đáo, thử nghiệm nhiều lần. - Bước 7. Công bố kết quả nghiên cứu. Thuyết minh là phần quan trọng, thể hiện hiểu biết và năng lực NCKH của HS. HS cần tự tin, bình tĩnh, lưu loát, ngắn gọn, khúc chiết, thuyết phục người nghe. Cần sự phối hợp, phân công rõ ràng các công việc của các thành viên trong nhóm. - Bước 8. Đánh giá dự án NCKH. Theo thang đánh giá của Cuộc thi KHKT dành cho HS trung học năm học 2013- 2014 dựa trên các tiêu chí sau: Câu hỏi/ vấn đề nghiên cứu: 10 điểm Kế hoạch nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu: 15 điểm Tiến hành nghiên cứu: 20 điểm Tính sáng tạo: 20 điểm Trình bày (gian trưng bày và trả lời phỏng vấn): 35 điểm 2.4. Xây dựng đề tài nghiên cứu khoa học và cách hướng dẫn học sinh thực hiện Dưới đây là quá trình thực hiện và kết quả dự án: “Xử lí nước thải cơ sở sản xuất bánh đậu xanh quy mô hộ gia đình bằng đá vôi, xỉ than, than trấu hoạt tính và bèo tây” - Dự án kĩ thuật Lĩnh vực nghiên cứu: Khoa học môi trường Nhóm thực hiện: 2HS lớp 12 Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thủy- GV Hóa học Chuyên gia hướng dẫn: Th.S. Nguyễn Thế Mạnh – Phó phòng Tư vấn và chuyển giao công nghệ - Trung tâm Tư vấn và Quan trắc Môi trường. - Bước 1. Tổ chức tập huấn, tuyên truyền: GV đã tiến hành tổ chức ngoại khóa để tập huấn về hoạt động NCKH cho HS nhằm cung cấp cho HS hiểu mục đích, ý nghĩa của hoạt động này, phương pháp NCKH. Thành phần tham gia là Ban giám hiệu, các thầy cô trong tổ chuyên môn và nhiều HS yêu thích khoa học. 14 Kết hợp dạy học và nghiên cứu khoa học cho học sinh Lớp 12 thông qua môn Hóa học... - Bước 2. Tìm kiếm ý tưởng nghiên cứu thông qua bản bản đề cương nghiên cứu, GV tổ chức cho nhóm nghiên cứu được trình bày ý tưởng. Từ đó GV lựa chọn đề tài nghiên cứu phù hợp. - Bước 3. Người hướng dẫn nghiên cứu. Người hướng dẫn HS thực hiện đề tài này là GV Hóa học vì GV có thể thường xuyên gặp gỡ HS để trao đổi các vấn đề nghiên cứu, theo dõi tiến độ nghiên cứu, giám sát hỗ trợ hoạt động NCKH của HS. Vì dự án này có chuyên môn sâu và liên quan đến lĩnh vực môi trường nên khi GV đã mời chuyên gia môi trường tham gia cố vấn khoa học là ông Nguyễn Thế Mạnh-phó phòng công nghệ – Thạc sĩ Khoa học môi trường - Trung tâm quan trắc và phân tích môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hải Dương. - Bước 4. Lập kế hoạch triển khai dự án NCKH. Thời gian Ngườithực hiện Tên công việc Nhiệm vụ cụ thể Phương tiện 21-22/9 Ngọc Anh, Định Thu thập tài liệu Tài liệu về: -Tổng quan xử lí nước thải -Nguyên liệu, quy trình làm BĐX -Các chỉ số đặc trưng cho nước thải công nghiệp.... Tìm báo, mạng. Ghi rõ vào sổ nhật kí 23/9 sáng Cô, nhóm Báo cáo Ngọc Anh và Định báo cáo về kết quả tìm kiếm thông tin liên quan đến đề tài Sổ nhật kí 24/9 chiều 16h40-18h Cô và cả nhóm Phỏng vấn Phỏng vấn chủ cơ sở sản xuất BĐXBảo Hưng GV liên hệ trước. Phỏng vấn về: Nguyên liệu, quy trình làm BĐX, lượng nước sử dụng, thời gian làm việc của công nhân, nguồn nước thải, đặc trưng nước thải, ... Lấy mẫu nước thải, quan sát mẫu nước thải Mang máy ảnh, số nhật kí, chai nhựa đựng nước (1 lít) 24/9 sáng Cô và cả nhóm Họp nhóm Tổng kết các công việc đã làm, kết quả đạt được Đề xuất thiết kế thiết bị xử lí nước thải BĐX Dự kiến câu hỏi phỏng vấn ông Nguyễn Trọng Việt Số nhật kí 27/9 chiều 16h40 Cô và cả nhóm Phỏng vấn Phỏng vấn chú Nguyễn Thế Mạnh- trung tâm quan trắc và phân tích môi trường -Nguồn ô nhiễm nước thải -Các chỉ số đặc trưng của nước thải công nghiệp -Các phương pháp xử lí nước thải công nghiệp -Tham vấn về mô hình thiết bị xử lí nước cho nhóm Mang máy ảnh, số nhật kí, từng bạn chuẩn bị nội dung câu hỏi ... ... ... ... - Bước 5. Triển khai thực hiện dự án nghiên cứu. Trước hết cần xác định rõ đây là một dự án kĩ thuật, nên cần nắm vững và thực hiện 15 Phạm Thị Thủy, Đặng Thị Oanh đúng theo quy trình nghiên cứu. Hình 2. Quy trình nghiên cứu (1) Xác định vấn đề Xử lí nước thải cơ sở sản xuất BĐX bằng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, hiệu quả xử lí tốt, dễ vận hành, thân thiện với môi trường. (2) Nghiên cứu tổng quan Nghiên cứu tổng quan về nước thải, công nghệ xử lí nước thải, tính chất nước thải. Nghiên cứu về nguyên liệu, quy trình làm bánh, nguồn gốc nước thải, các phương pháp xử lí nước thải. (3) Xác định yêu cầu Trên cơ sở việc phân tích các quy trình, giải pháp hay các ý kiến phỏng vấn, nhóm đề ra yêu cầu của đề tài: - Xác định, đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước thải sản xuất BĐX từ đó đưa ra tính cấp thiết của đề tài và lựa chọn phương pháp hợp lí. - Thiết bị xử lí nước mà nhóm nghiên cứu phải đảm bảo yêu cầu: dễ thiết kế, hiệu quả xử lí cao, thân thiện với môi trường, không sử dụng hóa chất độc hại, thời gian xử lí ngắn, nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền, tái sử dụng. (4) Đề xuất các giải pháp Tìm hiểu qua mạng, báo, phỏng vấn chuyên gia môi trường để hiểu các giải pháp xử lí nước thải công nghiệp, áp dụng với từng đặc tính cụ thể của nước thải để lựa chọn phương pháp phù hợp. (5) Lựa chọn giải pháp Trên cơ sở các giải pháp đã đề xuất nhóm đã lựa chọn phương pháp hóa học, vật lí và sinh học phù hợp với yêu cầu đặt ra đó là thiết kế hệ thống gồm xỉ than, đá vôi, than trấu hoạt tính và xử lí ổn định nước thải dùng bèo tây. (6) Hoàn thiện giải pháp Mặc dù đã được chọn, giải pháp thực hiện cũng cần xem xét qua ý kiến của nhà 16 Kết hợp dạy học và nghiên cứu khoa học cho học sinh Lớp 12 thông qua môn Hóa học... chuyên gia về môi trường. Những ý kiến đóng góp quý báu đó đã giúp cho hệ thống của nhóm được hoàn thiện hơn. (7) Xây dựng mẫu Nhóm đã thiết kế hoàn thiện thiết bị xử lí nước thải, đã đưa vào thử nghiệm thực tế. Kết quả cho hiệu quả đáng ghi nhận. (8) Đánh giá và hoàn thiện thiết kế Đánh giá thiết bị xử lí nước thải, đề ra hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm. - Bước 6. Trình bày báo cáo khoa học (do khuôn khổ bài báo, chúng tôi xin trình bày tóm tắt theo dạng đề mục). MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài 2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 3. Mục tiêu nghiên cứu 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 6. Câu hỏi nghiên cứu 7. Giả thuyết khoa học 8. Phương pháp nghiên cứu 9. Đóng góp mới của đề tài NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10. Nội dung đề tài KẾT LUẬN 11. Kết luận và kiến nghị 12. Tài liệu tham khảo - Bước 7. Công bố kết quả nghiên cứu. GV phối hợp cùng Ban giám hiệu, tổ chuyên môn tổ chức cho nhóm nghiên cứu báo cáo kết quả. HS chuẩn bị nội dung thuyết trình, bài trình chiếu, mô hình thiết bị xử lí nước,... - Bước 8. Đánh giá dự án NCKH. Tóm tắt đánh giá của chuyên gia môi trường Nguyễn Thế Mạnh: Nội dung của đề tài rất thiết thực với cuộc sống, đóng góp một phần BVMT trong quá trình phát triển kinh tế của địa phương TP Hải Dương. Quá trình nghiên cứu công phu với sử dụng nhiều tài liệu tham khảo thể hiện qua các cơ sở lí thuyết chặt chẽ và mô hình thử nghiệm được tính toán một cách khoa học. Mặc dù với nguồn kinh phí không lớn và thời gian hạn chế, nhưng tác giả đã thực hiện được khá nhiều thí nghiệm để kiểm chứng lí thuyết với thực tế làm cho đề tài có tính thuyết phục cao về các kết quả xử lí đã thực hiện được. Sự thành công của 17 Phạm Thị Thủy, Đặng Thị Oanh Hình 3. Hoạt động của nhóm nghiên cứu và kết quả đề tài đề tài là một minh chứng cho sự sáng tạo của học sinh trong việc “học” đi đôi với “hành”. Tác giả đã biết áp dụng các kiến thức cơ bản đã học trong sách giáo khoa vào giải quyết các vấn đề thực tiễn một cách linh hoạt và sáng tạo. Tóm tắt đánh giá của Hiệu trưởng: Đây là lần đầu tiên làm quen và thực hiện việc NCKH nên các em còn gặp nhiều khó khăn, nhưng nhìn chung đây là một công trình nghiên cứu của HS mang tính công phu, nhóm nghiên cứu và GV hướng dẫn đã nỗ lực đầu tư trí tuệ, công sức, thời gian. Nhà trường ghi nhận và đánh giá cao tinh thần nghiêm túc thực hiện NCKH của cả cô và trò. Ý tưởng, tính thực tiễn và tính khả thi của đề tài đáng được ghi nhận. Mặc dù điều kiện thực hành, thực nghiệm tại nhà trường còn hạn chế mà các em đã có ý tưởng và triển khai nghiên cứu hiệu quả dưới sự hướng dẫn của GV thì đây là một điều rất đáng trân trọng và cần được động viên, khích lệ và làm điển hình trong việc phát triển, nhân rộng hoạt động NCKH của HS trong trường. 18 Kết hợp dạy học và nghiên cứu khoa học cho học sinh Lớp 12 thông qua môn Hóa học... 3. Kết luận Sự kết hợp việc triển khai PPDHTDA và hoạt động NCKH ở trường trung học rèn luyện cho các em sự sáng tạo, khéo léo trong việc vận dụng kiến thức, kĩ năng của nhiều môn học khác nhau cũng như kinh nghiệm của HS vào giải quyết những hiện tượng, vấn đề đặt ra. Từ đó tạo nên sự gắn kết giữa kiến thức được học trong nhà trường với thực tiễn cuộc sống. Sự kết hợp này cũng đã góp phần thực hiện chủ trương dạy học phân hóa, tăng cường thí nghiệm, thực hành; đóng góp cơ sở lí luận, thực tiễn cho việc triển khai đổi mới đồng bộ hình thức tổ chức dạy học, PPDH và kiểm tra đánh giá kết quả giáo dục. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dự án Việt Bỉ (nhiều tác giả), 2012. Dạy và học tích cực - Một số phương pháp và kĩ thuật dạy học. Bộ GD&ĐT. [2] Vũ Cao Đàm, 2011. Giáo trình phương pháp luận nghiên cứu khoa học. Nxb Giáo dục. [3] Phạm Trung Thanh, Nguyễn Thị Lí, 2000. Phương pháp thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học trong sinh viên. Nxb Khoa học và Kĩ thuật. [4] Vũ Anh Tuấn, 2012. Giới thiệu khung nghiên cứu và hướng dẫn học sinh trung học nghiên cứu khoa học kĩ thuật. Vụ Giáo dục trung học - Bộ Giáo dục & Đào tạo. [5] Vụ Giáo dục trung học - Bộ Giáo dục & Đào tạo (nhiều tác giả), 2013. Tài liệu tập huấn tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học kĩ thuật của học sinh trường trung học. ABSTRACT Combining teaching and scientific research among 12th grade chemistry students A way to renovate teaching methods is to have the teacher encourage the students to engage in self-teaching. This article mentions the role of the teacher guidance, organi- zation, orientation and coordination between high schools and universities and institutes in order to help students carry out scientific research. Based on the high school students’ scientific study implement, the article presents the coordination of project-based learning and scientific research on a specific topic such that students can apply their knowledge and implement scientific study. 19