Phát triển năng lực tự học Hóa học cho học sinh thông qua sử dụng phần mềm dạy học thí nghiệm Hóa học

PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC HÓA HỌC CHO HỌC SINH THÔNG QUA SỬ DỤNG PHẦN MỀM DẠY HỌC THÍ NGHIỆM HÓA HỌC Bùi Minh Hướng1 Nguyễn Hữu Chung2 Tóm tắt Năng lực tự học cho học sinh ở trường phổ thông là một trong những năng lực cốt lõi trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể quy định bởi Bộ Giáo dục và Đào tạo. Việc sử dụng thí nghiệm Hóa học trong dạy học có tác dụng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo, rèn khả năng tự học cho học sinh ở trường phổ thông. Trong bài viết này chúng tôi sử dụng phần mềm thí nghiệm Crocodile Chemistry, xây dựng, thiết kế nội dung thí nghiệm học phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và nhôm nhằm giúp học sinh có thể dễ dàng trong việc tự học, tự kiểm tra và đánh giá kết quả học tập, từ đó nâng cao kết quả học tập môn Hóa học ở trường phổ thông. Từ khóa: Phần mềm Crocodile Chemistry; thí nghiệm Hóa học; năng lực tự học. 1. Mở đầu Ứng dụng công nghệ đã mở ra triển vọng đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh. Nhiều công nghệ sử dụng phần mềm trong dạy học đã gặt hái được nhiều thành công trong đổi mới phương pháp dạy học. Hiện nay, ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy, không chỉ phát triển mạnh ở các thành phố lớn, mà còn phát triển ở các tỉnh miền núi. Các trường phổ thông đều trang bị phòng máy, phòng đa năng, nối mạng internet, một số trường còn trang bị máy ghi âm, chụp hình, quay phim, máy quét hình và một số thiết bị khác, tạo cơ sở hạ tầng công nghệ cho giáo viên sử dụng vào quá trình dạy học của mình [1]. Sử dụng phần mềm trong dạy học thí nghiệm Hóa học ở trường phổ thông đã và đang được một số nhà khoa học nghiên cứu. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo của Crocodile Chemistry có tính kinh tế cao, đặc biệt phù hợp đối với dạy học ở trường phổ thông hiện nay với điều kiện trang bị cơ sở vật chất, dụng cụ thí nghiệm còn rất thiếu thốn. Giáo viên có thể biểu diễn, mô tả các thí nghiệm ảo, thực hành trên các phần mềm với các thí nghiệm độc hại, khó quan sát, dễ gây ra nguy hiểm cho học sinh [2]. 1 Trung tâm GDNN-GDTX Tây Hồ, thành phố Hà Nội. 2 Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội; Điện thoại: 096.2396.418; Email: Minhhuongbuiht@gmail.com. 266 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN Một trong các ưu điểm so với các phương tiện dạy học khác, là việc sử dụng phần mềm dạy học thí nghiệm Hóa học, còn nâng cao khả năng tự học của học sinh, học sinh có thể tự luyện tập, tự đánh giá, hoàn toàn tự làm chủ quá trình học tập của bản thân. Học sinh sẽ giảm áp lực về thời gian tiếp cận kiến thức trên lớp có thể xem lại kiến thức khi chưa hiểu từ đó điều trình cách học, phương pháp học của bản thân cho phù hợp [3]. Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn Hóa học ở trường THPT, chúng tôi tiến hành sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry thiết kế dạy học thí nghiệm chương kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm Hóa học 12 nhằm mục đích phát triển năng lực tự học cho học sinh. 2. Nội dung 2.1. Khái niệm năng lực tự học trong dạy học Hóa học Tự học là vấn đề then chốt trong chiến lược giáo dục và đào tạo, do đó hình thành và phát triển năng lực tự học cho học sinh là nhiệm vụ quan trọng trong dạy học ở trường phổ thông. Năng lực tự học của học sinh được hiểu là khả năng tự bản thân thu nhận kiến thức và vận dụng kiến thức một cách hiệu quả trong học tập ở mức độ độc lập có thể. Điều đó thể hiện bởi khả năng làm chủ học tập, thu nhận, nắm vững kiến thức có hệ thống, những kĩ năng thái độ kết nối hợp lí và vận dụng chúng để có thể giải quyết những vấn đề đặt ra trong cuộc sống. Dựa theo tài liệu của Bộ Giáo dục và Đào tạo [4] cấu trúc của năng lực được mô tả là sự kết hợp của các năng lực thành phần: năng lực nhận thức và tư duy, năng lực thu thập và xử lí thông tin, năng lực ghi nhớ và vận dụng kiến thức, năng lực hợp tác, năng lực phát triển cá nhân và đánh giá. Trên cơ sở đó để hình thành và phát triển năng lực tự học cho học sinh cần xác định qua các biểu hiện sau [5]. Có khả năng tự nhận ra những sai lầm, hạn chế của bản thân trong học tập để rút ra kinh nghiệm, phương pháp học tập phù hợp với bản thân; Biết cách tìm và thu thập thông tin theo các vấn đề học tập. Có khả năng tự sắp xếp thông tin đánh giá và trình bày logic cách diễn đạt của mình; Ghi nhớ kiến thức và vận dụng chúng trong giải quyết vấn đề học tập tình huống mới; Tự đánh giá bản thân để xây dựng kế hoạch phát triển cá nhân. Biết sử dụng công nghệ thông tin, đặc biệt là các phương tiện học tập giúp tự kiểm tra đánh giá kết quả học tập để qua đó tự bản thân điều chỉnh, bổ sung kiến thức bị hổng. Có khả năng làm việc nhóm, biết lắng nghe, chia sẻ, giải quyết các vấn đề trong học tập, tham gia các hoạt động thực hành nghiên cứu và xã hội. 2.2. Giới thiệu phần mềm dạy học thí nghiệm Hóa học Phần mềm dạy học thí nghiệm ảo là một loại sản phẩm đa phương tiện, mô phỏng thí nghiệm về hiện tượng, quá trình Vật lý, Hóa học, Sinh học nào đó xảy ra trong tự nhiên 267Phần 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG GIÁO DỤC hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng số trên máy tính, có khả năng tương tác với người dùng và có giao diện thân thiện với người dùng [6]. Phần mềm Crocodile Chemistry là phần mềm ứng dụng cho phép sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, thiết kế thí nghiệm ảo. Thí nghiệm ảo hay thí nghiệm thật cũng đều là thí nghiệm trực quan, cùng làm sáng tỏ lý thuyết, gây hứng thú học tập cho học sinh, kích thích tính tò mò khoa học, làm học sinh nhận thức dễ dàng hơn, kiến thức thu được sẽ rõ ràng và sâu sắc, đồng thời lớp học sôi nổi, hào hứng. Hình 1. Giao diện của phần mềm Crocodie Chemistry Hình 2. Một số dụng cụ thí nghiệm 268 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN Bảng 1. Một số hóa chất thí nghiệm minh họa 2.3. Nguyên tắc thiết kế thí nghiệm sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry Các thí nghiệm phải nằm trong nội dung chương trình Hóa học THPT, chương kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm Hóa học 12 nhằm mục đích phát triển năng lực tự học cho học sinh. Các thí nghiệm phải đảm bảo tính khoa học, chính xác về các kỹ năng thực hành thí nghiệm, có tính thẩm mĩ trong mỗi thí nghiệm, các bước tiến hành thí nghiệm hợp lí, không quá dài dòng, thí nghiệm hấp dẫn, sinh động với các hiện tượng rõ ràng, nhanh chóng. 2.4. Qui trình sử dụng phần mềm thiết kế thí nghiệm phát triển năng lực tự học Bước 1: Xác định thí nghiệm cần thiết kế đã có sẵn trong mục Contents hay phải thiết kế mới (New model). Bước 2: Lựa chọn dụng cụ và hóa chất phù hợp với thí nghiệm cần biểu diễn. Bước 3: Sắp xếp và lắp đặt các dụng cụ sao cho HS dễ quan sát được hiện tượng phản ứng. Bước 4: Chọn các chức năng xem chi tiết phản ứng ở dạng kí hiệu, mô hình nguyên tử cũng ở dạng kí hiệu để HS dễ quan sát khi phản ứng xảy ra. Bước 5: Nhấn nút Pause, cho hóa chất vào dụng cụ thí nghiệm sau đó nhấn nút Pause lần nữa để quan sát đầy đủ hơn về hiện tượng xảy ra. Muốn phản ứng xảy ra nhanh hay chậm, nhấn nút Simulation Speed. 2.5. Ví dụ minh họa thiết kế thí nghiệm sử dụng phần mềm Crocodile Thí nghiệm: Kim loại Mg tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng 269Phần 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG GIÁO DỤC - Mục đích của thí nghiệm: + Kiến thức: Học sinh hiểu được axit H2SO4 loãng là axit mạnh, khi cho bột Mg vào axit thấy có bọt khí thoát ra. Quan sát thí nghiệm thấy có bọt khí xuất hiện, chứng tỏ Mg đã tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng. Viết được phương trình Hóa học xảy ra: Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2→ + Kỹ năng:Thực hiện được phản ứng của kim loại tác dụng với axit, biết cách tiến hành thí nghiệm bằng phần mềm thí nghiệm ảo. + Thái độ: Hứng thú, ham mê học hỏi. + Định hướng phát triển năng lực Năng lực tự học Năng lực giải quyết vấn đề - Hóa chất và dụng cụ Vào Parts Library + Chemicals → metal → Powder & Liquids → Magnesium + Equipment →Apparatus → Bunsen bumer + Glassware → standard → test tube Nhấp vào Property và chọn Temperature, Mass để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và khối lượng các chất trong ống nghiệm. Hình 3. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 270 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN * Tiến hành - Cho khoảng 10g Mg vào ống nghiệm chưa 10 ml H2SO4 loãng. - Bật ngọn lửa đèn Bunsen, thay đổi độ lớn ngọn lửa bằng cách di chuyển nút trên thanh trượt bên cạnh ngọn đèn. Quan sát hiện tượng xảy ra? Hình 4. Tiến hành thí nghiệm 2.6. Thiết kế công cụ đánh giá năng lực tự học của học sinh Bộ công cụ đánh giá năng lực tự học của HS cần đảm bảo đánh giá được các tiêu chí, biểu hiện của năng lực tự học. Do đó ngoài các hình thức kiểm tra đánh giá mức độ nắm vững kiến thức, kĩ năng của HS, cần sử dụng thêm các công cụ đánh giá năng lực như bảng kiểm tra quan sát, phiếu tự đánh giá của HS, phiếu hỏi hoặc phỏng vấn GV, HS trong những tình huống hoàn cảnh cụ thể. Để thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực tự học của HS, cần dựa vào các thành tố cấu trúc của năng lực tự học và mức độ đạt được theo các tiêu chí đó. Từ các thành tố và tiêu chí biểu hiện của năng lực tự học, chúng tôi đã xây dựng các tiêu chí đánh giá và mức độ thể hiện các tiêu chí của năng lực này và trình bày trong bảng sau. Bảng 2 . Tiêu chí đánh giá mức độ năng lực tự học của học sinh Số TT Tiêu chí biểu hiện năng lực tự học của học sinh Mức độ đánh giá năng lực tự học của học sinh Mức 1: Chưa đạt (0 – 4,9 điểm) Mức 2: Đạt (5,0-6,5 điểm) Mức 3: Khá, giỏi (6,6-10 điểm) 1 Xác định mục tiêu, nhiệm vụ học tập trên cơ sở kết quả học tập Không xác định mục tiêu, nhiệm vụ học tập Xác định mục tiêu, nhiệm vụ học tập nhưng chưa đủ Xác định được đầy đủ mục tiêu, nhiệm vụ học tập 271Phần 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG GIÁO DỤC Số TT Tiêu chí biểu hiện năng lực tự học của học sinh Mức độ đánh giá năng lực tự học của học sinh Mức 1: Chưa đạt (0 – 4,9 điểm) Mức 2: Đạt (5,0-6,5 điểm) Mức 3: Khá, giỏi (6,6-10 điểm) 2 Đọc hiểu tài liệu, ghi chép thông tin đúng và đủ Đọc không hiểu tài liệu, chưa biết tóm tắt thông tin cần thiết Đọc hiểu tài liệu, nhưng không biết cách tóm tắt thông tin cần thiết Tài liệu đọc hiểu ghi chép rõ ràng, bổ sung thông tin chính xác đầy đủ 3 Tóm tắt nội dung chính của bài và tự đặt ra được các vấn đề học tập Chưa tóm tắt nội dung chính của bài và không hiểu cách đặ vấn đề trong học tập Tóm tắt được nội dung chính của bài, không tự đặt ra được các vấn đề học tập Tóm tắt nội dung chính của bài và tự đặt được các vấn đề học tập có tính khoa học, có giá trị 4 Vận dụng kiến thức giải bài tập, chọn tài liệu để giải các dạng bài tập Không biết vận dụng kiến thức để giải bài tập Biết vận dụng kiến thức giải bài tập, nhưng chưa chọn đủ các dạng bài tập Vận dụng thành thạo kiến thức giải bài tập, lựa chọn tài liệu rất đa dạng để giải các bài tập 5 Tổng hợp kiến thức, chọn cách học riêng cho bản thân Không biết tổng hợp kiến thức, phương pháp học tập không có khoa học Biết tổng hợp kiến thức, lựa chọn cách học chưa thật sự hiệu quả cao Tổng hợp kiến thức khoa học, hình thành cho mình cách học hiệu quả cao 6 Vận dụng kiến thức giải thích hiện tượng thực tiễn cuộc sống Không biết giải thích hiện tượng thực tiễn liên hệ với kiến thức Biết vận dụng kiến thức giải thích hiện tượng thực tiễn, nhưng còn chưa đầy đủ Biết vận dụng tích hợp nội dung kiến thức ngoài Hóa học giải thích thực tiễn một cách thuyết phục Từ tiêu chí và chỉ số mức độ đánh giá năng lực tự học này, chúng tôi thiết kế bộ công cụ đánh giá sự phát triển năng lực tự học của học sinh trong bài dạy có sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry theo các đề xuất. Bộ công cụ đánh giá năng lực tự học của học sinh gồm bảng kiểm tra quan sát do giáo viên thực hiện, phiếu tự đánh giá của học sinh và bài kiểm tra cho các bài dạy thực nghiệm sư phạm. 2.7. Thực nghiệm sư phạm Chúng tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm tại 4 lớp 12 tại 2 trường THPT thuộc địa phận thành phố Hà Nội trong năm học 2018-2019. Thiết kế giáo án sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực, tiến hành các bài dạy và sử dụng bảng kiểm tra quan sát, phiếu tự đánh giá phát triển năng lực tự học cho học sinh. Tiến hành kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh qua các bài vừa dạy. Kết quả đánh giá sự phát triển năng lực tự học của học sinh qua bảng kiểm tra quan sát do giáo viên đánh giá và tự đánh giá của học sinh cùng với bài kiểm tra được xử lí bằng phương pháp thống kê toán học. Kết quả được trình bài ở bảng 3, 4 và hình 5. 272 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN Bảng 3. Kết quả đánh giá năng lực tự học của học sinh TT Tiêu chí Giáo viên đánh giá mức độ (Thang điểm 10) Yếu Trung bình Khá- Giỏi TN ĐC TN ĐC TN ĐC 1 Xác định mục tiêu, nhiệm vụ học tập trên cơ sở kết quả học tập 3,3 2,1 6,5 5,5 8,5 7,1 2 Đọc hiểu tài liệu, ghi chép thông tin phù hợp 4,6 3,5 6,2 5,7 9,1 7,6 3 Tóm tắt nội dung chính của bài và tự đặt ra được các vấn đề học tập 3,7 2,2 6,2 5,0 8,2 7,1 4 Vận dụng kiến thức giải bài tập, chọn tài liệu để giải các dạng bài tập 3,2 1,9 6,1 5,1 8,8 7,5 5 Tổng hợp kiến thức, chọn cách học riêng cho bản thân 4,5 2,8 6,2 5,6 9,0 8,1 6 Vận dụng kiến thức giải thích hiện tượng thực tiễn cuộc sống 4,8 3,9 6,4 6,0 8,8 7,3 Bảng 4. Phân phối tần suất lũy tích của 2 bài kiểm tra Điểm xi % học sinh đạt điểm xi trở xuống TN1 ĐC1 TN2 ĐC2 TN3 ĐC3 TN4 ĐC4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 1,13 0 0 0 4 0 2,5 0 2,43 2,26 0 3,65 1,19 5 2,56 8,75 22,61 20,72 11,35 8,13 8,52 14,28 6 7,69 32,5 35,70 37,79 28,02 30,22 16,66 33,33 7 24,36 55,00 52,37 63,40 37,11 53,49 28,85 52,33 8 64,09 75,00 79,75 80,47 67,79 77,88 55,68 67,85 9 87,14 91,25 86,90 95,10 90,51 90,70 78,85 86,90 10 100 100 100 100 100 100 100 1000 Hình 5. Đồ thị đường lũy tích của lớp TN và ĐC 273Phần 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG GIÁO DỤC Từ kết quả thực nghiệm có thể thấy rằng: Đường lũy tích ứng với lớp TN luôn nằm ở phía bên phải và phía dưới đường lũy tích ứng với lớp ĐC. Điều này chứng tỏ lớp TN có kết quả học tập tốt hơn lớp ĐC. Kết quả số liệu thu được sau khi xử lý thống kê các bài kiểm tra nhận thấy điểm trung bình cộng của các lớp TN đều cao hơn lớp ĐC ( TN > ĐC), như vậy có thể gán cho kết quả học tập của lớp TN tốt hơn lớp ĐC. Hệ số biến thiên VTN< VĐC điều đó chứng tỏ mức độ phân tán quanh điểm trung bình cộng các lớp TN nhỏ hơn lớp ĐC, do đó lớp TN đồng đều hơn. 3. Kết luận Thông qua sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry 6.05 nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm tại một số trường trung học phổ thông thuộc địa phận thành phố Hà Nội với kết quả thu được lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng phù hợp với mục tiêu nghiên cứu đề ra. Với những kết quả bước đầu thu được, chúng tôi có thể kết luận việc tổ chức dạy - học với việc sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry 6.05 góp phần nâng cao chất lượng học tập của học sinh, đáp ứng mục tiêu yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học hiện nay. Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Văn Hiền (2015). "Xu hướng ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học". Tạp chí Khoa học Giáo dục, Vol 116, trang 19-30. [2]. Nguyễn Thị Hương Dung (2015). "Ứng dụng phần mềm Crocodile Chemistry thiết kế mô hình thí nghiệm ảo trong thực hành thí nghiệm Hóa học", Tạp chí Giáo dục số đặc biệt tháng 11. [3]. Trịnh Thị Phương Thảo (2011). "Khai thác phần mềm dạy học nhằm tích cực hóa hoạt động học tập trong dạy học môn Toán ở Trung học phổ thông". Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, Vol 87, trang 131-133. [4]. Bộ Giáo dục và Đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010. Dạy và học tích cực - Một số phương pháp và kĩ thuật dạy học. NXB Đại học Sư phạm. [5]. Nguyễn Hữu Chung, Nguyễn Thị Phương (2017). "Phát triển năng lực tự học cho học sinh thông qua thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun trong dạy học Hóa học chương hiđro - nước ở trường trung học cơ sở". Tạp chí Khoa học Đại học Sư phạm Hà Nội, số 1 trang 18-31. [6]. Phó Đức Hòa, Ngô Quang Sơn (2008). Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học tích cực, NXB Giáo dục. X X