(Skkn 2023) áp dụng giáo dục stem dạy học chủ đề ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ ( sinh học 10 thpt ) cho học sinh huyện miền núi tương dương

Giáo dục STEM trong môn Sinh học được thực hiện thông qua dạy học các bài học, mạch nội dung, chuyên đề học tập từ lớp 10 đến lớp 12 như: Sinh học tế bào, sinh học vi sinh vật và virus,

- -

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Đề tài:

“ÁP DỤNG GIÁO DỤC STEM DẠY HỌC CHỦ ĐỀ ỨNG DỤNG

VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ RÁC THẢI SINH HOẠT ĐỂ TẠO PHÂN BÓN HỮU CƠ ( SINH HỌC 10 THPT ) CHO HỌC SINH

HUYỆN MIỀN NÚI TƯƠNG DƯƠNG”

1 Lí do chọn đề tài 2

1.1.3 Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong trường phổ thông 6

Hoạt động 1: Xác định vấn đề 8

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp 8

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp 9

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá 9

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh 9

1.2.1 Sự cần thiết của việc dạy học bằng giáo dục STEM trong trường

1.2.2.4 Kết quả điều tra 12

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp 22

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá 29

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh 29

3.1 Đối tượng và phương pháp kiểm tra thực nghiệm 38

ĐỀ TÀI

44

4.4.2 Kết quả khảo sát tính khả thi của các biện pháp đề xuất 47

Phụ lục 1: PHIẾU THAM KHẢO Ý KIẾN GIÁO VIÊN, HỌC SINH

Phụ lục 1.1: PHIẾU THAM KHẢO Ý KIẾN GIÁO VIÊN

Phụ lục 1.2: PHIẾU KHẢO SÁT HỌC SINH

Phụ lục 2: ĐỀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM- ĐÁP ÁN

Phụ lục 3: PHIẾU KHẢO SÁT SỰ CẤP THIẾT VÀ TÍNH KHẢ THI CỦA CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT

TÍNH KHẢ THI CỦA CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT

QUY ƯỚC VỀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

GDĐT : Giáo dục đào tạo

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lí do chọn đề tài

Mục tiêu giáo dục được xác định theo hướng hình thành, phát triển phẩm chất và năng lực Khi xác định mục tiêu của GDPT cần tập trung khẳng định yêu cầu về sự phát triển hài hòa giữa: Con người cá nhân và con người xã hội, con người truyền thống và con người hiện đại, con người Việt Nam và công dân toàn cầu

Giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế - xã hội Định hướng giáo dục STEM đang được triển khai như một hướng đi quan trọng trong giáo dục và đào tạo tại nhiều nước trên thế giới Giáo dục môn Sinh học giúp học sinh dần hình thành và phát triển năng lực sinh học (biểu hiện của năng lực khoa học tự nhiên) qua quan sát, thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống Vì thế, cùng với các môn Toán, Vật

lí, Hóa học, Công nghệ, Tin học, môn Sinh học cũng góp phần thúc đẩy giáo dục STEM Môn Sinh học đóng vai trò là cơ sở khoa học của các bài học giáo dục STEM liên quan đến các đối tượng sinh vật Do tính đặc thù về đối tượng nên sản phẩm của các bài học giáo dục STEM trong môn Sinh học đa số là các quy trình công nghệ Giáo dục STEM trong môn Sinh học được thực hiện thông qua dạy học các bài học, mạch nội dung, chuyên đề học tập từ lớp 10 đến lớp 12 như: Sinh học

tế bào, sinh học vi sinh vật và virus, sinh học cơ thể, di truyền, sinh thái học…

Là giáo viên đang giảng dạy môn sinh học tại một trường THPT (trung học phổ thông) miền núi, được dự lớp tập huấn giáo dục STEM, chúng tôi tự nhận thức được mình cần phải thực hiện theo định hướng giáo dục STEM tại lớp, tại trường

mà mình đang công tác Trong những năm học trước phần ứng dụng vi sinh vật chỉ ứng dụng làm sữa chua, muối dưa, muối cà, làm rượu mà chưa chú trọng đến ứng dụng tạo phân bón từ rác thải sinh hoạt Với tình trạng ô nhiễm môi trường đáng báo động như hiện nay thì việc biến rác thải sinh hoạt, chất thải động vật, những phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp thành phân bón, đó là những việc làm hay vừa làm sạch môi trường sinh thái và tạo ra nguồn phân hữu cơ rất tốt để bón cho cây trồng, không những vậy còn tiết kiểm được nhiều chi phí cho sản xuất nông nghiệp

Với lý do trên, chúng tôi mạnh dạn chọn nghiên cứu đề tài “Áp dụng giáo dục STEM dạy học chủ đề ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ (sinh học 10 THPT) cho học sinh huyện miền núi Tương Dương” nhằm mục đích góp phần thiết thực vào việc đổi mới phương pháp, hình

thức dạy học hiện nay, nâng cao hiệu quả dạy và học môn Sinh học trong trường

phổ thông, hình thành và phát triển cho học sinh các năng lực cần thiết trong quá trình học tập và thực tiễn đời sống Qua chủ đề này phần nào giáo dục ý thức bảo

vệ môi trường cho học sinh miền núi

2 Mục tiêu của đề tài

Giới thiệu, ứng dụng thành công mô hình giáo dục STEM vào giảng dạy môn Sinh học ở trường THPT huyện miền núi, qua đó rèn luyện kĩ năng, phát triển năng lực nhận thức, khả năng tư duy sáng tạo của học sinh Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đề tài nghiên cứu vấn đề dạy học phần Sinh học Vi sinh vật - Ứng dụng sự phân giải của vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ, sinh học lớp 10 THPT theo định hướng STEM

- Không gian, thời gian:

+ Năm học 2021- 2022: Học sinh các lớp (10G, 10L) - Trường THPT Tương Dương 1

+ Năm học 2022 - 2023: Học sinh 6 lớp 10 học môn Sinh học (10A1, 10A2, 10A3, 10C5, 10C6, 10C7) - Trường THPT Tương Dương 1

4 Nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc triển khai giáo dục STEM

- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của mô hình giáo dục STEM trong dạy học

- Định hướng xây dựng chủ đề/bài học STEM

- Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề/ bài học STEM

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích, tổng hợp lý thuyết, bài tập từ các tài liệu, sách giáo khoa, sách tham khảo

- Dựa trên thực tiễn dạy và học về bài Sinh học có liên quan đến mô hình STEM

- Điều tra, tổng hợp và xử lí số liệu, đánh giá kết quả thu được từ thực nghiệm sư phạm

6 Những đóng góp của đề tài

Đề tài nghiên cứu phương pháp dạy học theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực học sinh Đây là vấn đề khá mới mẻ và còn nhiều bỡ ngỡ trong quá trình tiếp cận xu hướng dạy học mới hiện nay Mặt khác tại trường chúng tôi trong những năm học trước phần ứng dụng vi sinh vật chỉ ứng dụng làm sữa chua, muối

dưa, muối cà, làm rượu mà chưa chú trọng đến ứng dụng tạo phân bón từ rác thải sinh hoạt Vì vậy, đề tài sẽ là một trong những tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên trong việc dạy học Sinh học ở trường trung học phổ thông

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Việt Nam là quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 mở ra nhiều cơ hội trong việc nâng cao trình độ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất, tăng trưởng kinh tế… Để cạnh tranh trong nền kinh tế khu vực và toàn cầu, giáo dục nghề nghiệp và STEM (Science Technology Engineering Maths) phải ưu tiên quốc gia Điều này đặt ra cho Giáo dục và Đào tạo sứ mệnh to lớn là chuẩn bị đội ngũ nhân lực chất lượng cao để đáp ứng yêu cầu phát triển của đất nước

Ngày 04/5/2017, Thủ tướng chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT - TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư Một trong các giải pháp mà Chỉ thị đề ra nhằm thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam

là: “ 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 cuộc thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục

phổ thông ” Chỉ thị cũng giao nhiệm vụ cho Bộ Giáo dục và Đào tạo “ 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 ”

Thực hiện Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng chính phủ Ngành giáo dục và đào tạo đã thực hiện nhiều giải pháp nhằm thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học ở tất cả các bậc học, ngành học Đối với giáo dục trung học, Bộ giáo dục và Đào tạo đã chỉ đạo các địa phương triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học của học sinh trung học cơ sở, trung học phổ thông

và tổ chức Cuộc thi khoa học, kĩ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học; tổ chức cuộc thi vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học; thí điểm mô hình dạy học gắn với sản xuất, kinh doanh và bảo vệ môi trường tại địa phương; hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua dạy học dự án, tổ chức các hoạt động trải nghiệm; Những hoạt động trên đã góp phần đổi mới phương thức dạy học ở trường trung học, góp phần bước đầu triển khai giáo dục STEM trong các nhà trường

Triển khai chương trình đào tạo ứng dụng mô hình giáo dục STEM là sự lựa

đáp ứng nhu cầu xã hội Bên cạnh đó, năng lực phát triển chương trình đào tạo và phương pháp giảng dạy cũng như nhận thức của giáo viên về mô hình giáo dục STEM được nâng cao

Việc ứng dụng mô hình giáo dục STEM là chủ trương lớn của nhà trường Chủ trương này đã được Đảng ủy, BGH (ban giám hiệu) chỉ đạo một cách quyết liệt, các tổ bộ môn vào cuộc thực hiện một cách khẩn trương, căng cơ, có đầu tư cả

về trí lực lẫn vật lực và đã thu được một số thành tựu đáng kể Có thể xem đây là bước đột phá trong phát triển, nâng cao hiệu quả giáo dục của trường THPT Tương Dương 1

1.1.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công

nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi

bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học của mỗi quốc gia Sự phát

triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề;

Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ

“Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học Đứng trước thực tiễn với "Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/vấn đề khoa học Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học Ngược lại,

“Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới Như vậy, trong chu trình STEM,

"Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu STEM không chỉ là

"Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm "Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo

ra "Công nghệ" mới Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học - kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì

lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình

độ cao hơn

1.1.2 Giáo dục STEM

Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt học sinh trước những vấn

đề thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi học sinh phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ" mới) Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập

và giao cho học sinh giải quyết một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng Quá trình đó đòi hỏi học sinh phải thực hiện theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết

kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để giải quyết vấn đề Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới mà học sinh cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học

Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh

tế - xã hội

Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau:

a) Dạy học các môn học theo phương thức giáo dục STEM

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần Hình thức giáo

dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập

b) Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM

Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan

tâm của xã hội tới giáo dục STEM

Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp

Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách

này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp

Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh

c) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật:

Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn

Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM

1.1.3 Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong trường phổ thông

Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:

+ Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường,

bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất

+ Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập

trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được

ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh

+ Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển

khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh

+ Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo

dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật

chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

+ Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung

học, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp hóa hiện đại hóa

1.1.4 Tiến trình bài học STEM

Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó

Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó học sinh là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của giáo viên; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế.Thông qua quá trình học tập đó, học sinh được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các "bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau

Cụ thể là việc “Nghiên cứu kiến thức nền” được thực hiện đồng thời với

“Đề xuất giải pháp; “Chế tạo mô hình” được thực hiện đồng thời với “Thử nghiệm và đánh giá”

trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện

để thực hiện bước kia Vì vậy, mỗi bài học STEM

kĩ thuật gồm 5 hoạt động chính như sau: Hình 2: Tiến trình bài học STEM

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó buộc học sinh phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

- Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu

- Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện

tượng, sản phẩm, công nghệ

- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội

dung (Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ)

- Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách

thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ)

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới

sự hướng dẫn của giáo viên Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông thường mà ở đó giáo viên "giảng dạy" kiến thức mới cho học sinh Thay vào

đó, học sinh tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời học sinh cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng

- Mục tiêu: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp

- Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp

nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế

- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội

dung (Xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế)

- Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu

đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận

Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức mới và hỗ trợ học sinh đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo

vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Dưới sự trao đổi, góp

ý của các bạn và giáo viên, học sinh tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

- Mục tiêu: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế

- Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và

hoàn thiện

- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế được

lựa chọn/hoàn thiện

- Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu học sinh

trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ học sinh lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm

và đánh giá Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

- Mục tiêu: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

- Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế;

thử nghiệm và điều chỉnh

- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ

vật… đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

- Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí

nghiệm để chế tạo, lắp ráp…); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện

- Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm

trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh

Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện

- Mục tiêu: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

- Nội dụng: Trình bày và thảo luận về sản phẩm

- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ

vật… đã chế tạo được và bài trình bày báo cáo

- Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm

trình bày); Học sinh báo cáo sản phẩm, có thể là poster (áp phích), quy trình hoặc dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện, tổng kết

Tổ chức thực hiện bài dạy STEM kĩ thuật thường kết hợp giữa hoạt động trên lớp và hoạt động ngoài giờ học Trong đó các hoạt động xác định vấn đề; lựa chọn giải pháp; chia sẻ , thảo luận và điều chỉnh thường được bố trí trên lớp, có sự điều khiển, giám sát của giáo viên Các hoạt động còn lại diễn ra ở phòng bộ môn, phòng thực hành STEM, câu lạc bộ, hay các cơ sở giáo dục, trải nghiệm kĩ thuật, công nghệ ngoài nhà trường

1.2 CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.2.1 Sự cần thiết của việc dạy học bằng giáo dục STEM trong trường THPT

Giáo dục STEM là một quan điểm giáo dục, trong đó các môn học STEM được liên kết hợp lý, giảng dạy tích hợp và được áp dụng trong bối cảnh cụ thể của thế giới thực Từ đó, mở rộng nhà trường, kết nối với cộng đồng, phát triển các năng lực người học trong các lĩnh vực STEM Ngày nay, quan điểm mới của Giáo dục STEM là không chỉ phát triển các năng lực người học trong lĩnh vực khoa học mà cả các lĩnh vực xã hội Chương trình giáo dục phổ thông mới của Việt Nam cũng định hướng tương đồng với quan điểm mới của Giáo dục STEM”

Có thể nhìn các thành tố trong Giáo dục STEM dưới góc nhìn phát triển năng lực của người học Chẳng hạn, yếu tố “Kỹ thuật” trong Giáo dục STEM tạo

ra năng lực kỹ thuật của người học thể hiện qua khả năng giải quyết vấn đề nảy sinh trong thực tiễn đời sống bằng cách thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất để tạo ra chúng

1.2.2 Thực trạng dạy học bằng giáo dục STEM trong trường THPT hiện nay

Thực hiện chủ trương đổi mới đồng bộ hình thức dạy học, phương pháp dạy học và kiểm tra, đánh giá kết quả giáo dục; để tăng cường việc gắn liền dạy học

trong nhà trường với thực tiễn cuộc sống và góp phần hình thành năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trung học Từ năm 2012, Bộ GD & ĐT tạo hàng năm đã

tổ chức cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học” và cuộc thi “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho giáo viên trung học” Đặc biệt, cuộc thi “Khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học” do Bộ GD & ĐT tổ chức dành cho học sinh phổ thông đã trở thành điểm sáng tích cực trong giáo dục định hướng năng lực…

Trường THPT Tương Dương 1 đã 4 năm tham dự cuộc thi “Khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học” do Sở GD & ĐT tỉnh Nghệ An tổ chức Cuộc thi này bước đầu đã có những lan tỏa, tác động tích cực, làm chuyển biến trong dạy

độ giáo viên chưa đáp ứng được yêu cầu; chưa có sự phối hợp tốt giữa trường phổ thông với trường đại học và các viện nghiên cứu, các tổ chức, doanh nghiệp; kiểm tra, đánh giá còn là “rào cản” vì học sinh phải “thi gì, học nấy”; điều kiện cơ sở vật chất chưa đáp ứng được yêu cầu đề ra

Để tìm hiểu thực trạng việc dạy học bằng phương pháp giáo dục STEM “Áp dụng giáo dục STEM dạy học chủ đề Vi sinh vật -Ứng dụng vi sinh vật trong xử

lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ (sinh học 10 THPT) cho học sinh huyện miền núi Tương Dương” hiện nay, dựa trên hiệu quả mà đề tài mang lại

khi dạy thể nghiệm tại lớp 10G, 10L năm học 2021 – 2022 chúng tôi đã thực hiện cuộc điều tra tham khảo ý kiến của GV và HS trường THPT Tương Dương 1

1.2.2.1 Mục đích điều tra:

- Khảo sát giáo viên:

+ Khảo sát thực trạng dạy học bằng giáo dục STEM trong đó có việc áp dụng giáo dục STEM dạy học chủ đề ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ (sinh học 10 THPT) cho học sinh THPT huyện miền núi Tương Dương: Mức độ sử dụng, những khó khăn gặp phải

+ Tìm hiểu về phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM nói chung và áp dụng giáo dục STEM dạy học chủ đề ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ (sinh học 10 THPT), trên cơ sở đó tổ chức thực hành các bước trong kỹ thuật dạy học STEM nhằm phát triển năng lực tư duy, sáng tạo, tính chủ động, tích cực của học sinh

- Khảo sát học sinh:

+ Tìm hiểu sự hiểu biết của HS về dạy học bằng giáo dục STEM trong đó

có việc áp dụng giáo dục STEM dạy học chủ đề ứng dụng vi sinh vật trong xử lí

rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ

+ Tìm hiểu thái độ và hiểu biết của học sinh đối với việc thiết kế và thực

hành tạo sản phẩm, nhằm phát triển năng lực tư duy, sáng tạo của học sinh

1.2.2.2 Đối tượng điều tra

- Giáo viên giảng dạy môn Sinh học tại trường THPT Tương Dương 1

- Học sinh lớp 10 trường THPT Tương Dương 1

1.2.2.3 Phương pháp điều tra: Trước khi dạy 3 tuần, chúng tôi tiến hành

phát 5 phiếu điều tra đến giáo viên (Phiếu điều tra ở phụ lục 1.1), 236 phiếu điều

tra đến học sinh 6 lớp 10 mà chúng tôi được phân công giảng dạy trong năm học

2022 - 2023: Lớp 10A1, 10A2, 10A3, 10C5, 10C6, 10C7 (Phiếu điều tra ở phụ lục 1.2)

1.2.2.4 Kết quả điều tra

- Kết quả tham khảo ý kiến giáo viên:

+ Số phiếu thu hồi lại 5/5 đạt 100% -> Kết quả thu được như sau:

1

Thầy/Cô sử dụng phương pháp dạy học bằng giáo

dục STEM trong dạy học như thế nào?

Theo thầy/ cô việc sử dụng phương pháp dạy học

Bảng 1.1 Nhận thức của giáo viên trong việc vận dụng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học ở trường THPT huyện miền núi

Tương Dương

3

có vai trò như thế nào ?

(Có thể lựa chọn nhiều phương án)

Giúp học sinh phát triển năng lực tư duy, sáng tạo 5 100 Gây hứng thú, tạo không khí học tập sôi nổi

5

Thầy/ Cô đã biết đến phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM: Ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt để tạo phân bón hữu cơ chưa?

Qua bảng 1.1 cho thấy số lượng giáo viên sử dụng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học rất ít: Thỉnh thoảng sử dụng là 40%, mức độ sử dụng thường xuyên là 0%, chưa sử dụng là 60% Với phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM, số lượng giáo viên biết đến đang còn ít , chưa bao giờ biết đến chiếm 40% Về mức độ sử dụng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM: Nhiều giáo viên chưa chú trọng đến việc vận dụng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học: 20% giáo viên thấy rất cần thiết, 40% giáo viên cho rằng không cần thiết Đa số các giáo viên đánh giá cao ý nghĩa của phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong giảng dạy bộ môn Sinh học, kích thích sự tìm tòi, khám phá quy luật của sự vật hiện tượng, gắn liền kiến thức lí thuyết với thực hành, chế tạo sản phẩm ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống

Đặc biệt, thông qua kết quả khảo sát, chúng tôi thấy phần lớn giáo viên đều đánh giá cao những ưu điểm mà phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM mang lại trong dạy học: 100% giáo viên cho rằng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM góp phần hình thành năng lực tư duy, sáng tạo, hứng thú học tập, phát triển năng lực thực hành chế tạo sản phẩm ứng dụng vào cuộc sống hàng ngày cho học sinh Bên cạnh những ưu điểm, các giáo viên còn nhận thấy phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM có một số hạn chế: Không phải bài học nào cũng có thể vận dụng và phương pháp dạy học này mất rất nhiều thời gian khi hướng dẫn học sinh tìm hiểu và chế tạo sản phẩm, nên nhiều giáo viên rất ngại thực hiện

Như vậy, qua phân tích kết quả khảo sát có thể thấy, mặc dù phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM chưa được giáo viên sử dụng một cách thường xuyên nhưng phần lớn các giáo viên đã quan tâm và nhận thấy được vai trò quan trọng của nó, đồng thời cũng thấy được những ưu điểm và hạn chế của phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học

- Kết quả tham khảo ý kiến học sinh:

+ Số phiếu thu hồi lại 236/236 đạt 100% -> Kết quả thu được như sau:

36 15,3

2

Em đã tìm hiểu về STEM thông qua phương tiện nào? (Chỉ chọn một phương án) 236 100

2 Thông qua sách báo, tạp chí giáo dục, internet

150 63,5 Thông qua giáo viên bộ môn Sinh học

30 13,7 Thông qua hoạt động trải nghiệm STEM

(Chỉ chọn một phương án)

Rất thích

30 12,7 Bình thường

46 19,5 Không thích

160 67,8

5

Em đánh giá như thế nào về việc vận dụng các phương pháp dạy học truyền thống của giáo viên trong dạy học môn Sinh học?

(Có thể lựa chọn nhiều phương án)

Giờ học không sôi nổi, học sinh không hứng thú

211 89,4 Học sinh không phát huy được tính tích cực, chủ động,

Tạo hứng thú học tập, nhằm phát triển năng lực tư duy, sáng tạo của học sinh, giúp học sinh hiết kế và thực hành tạo sản phẩm

6

Em mong muốn GV sử dụng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong dạy học phần Sinh học vi sinh vật - Úng dụng ủ rác thải sinh hoạt để tạo phân bón

Bảng 1.2 Nhận thức của học sinh trong việc sử dụng phương pháp dạy học bằng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học ở trường THPT Tương Dương 1

Qua bảng 1.2 có thể thấy phần lớn học sinh chỉ xem môn Sinh học là một nhiệm vụ phải thực hiện trong quá trình học tập ở trường THPT: chiếm 63,5% Số lượng học sinh yêu thích môn Sinh học rất ít: chiếm 21,2%, còn lại 15,3% học sinh cảm thấy không hứng thú khi học môn Sinh học Với phương pháp dạy học bằng

giáo dục STEM, số lượng học sinh mong muốn GV sử dụng dạy học phần Sinh học

vi sinh vật - Ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải để tạo phân hữu cơ chiếm 84,7%

Bên cạnh đó, số lượng học sinh không thích phương pháp dạy học truyền thống chiếm số lượng tương đối cao 67,8% 85,2% số học sinh được hỏi cho rằng phương pháp dạy học truyền thống không phát huy được tính tích cực chủ động sáng tạo của người học, không giúp người học thiết kế và thực hành tạo sản phẩm,

số lượng học sinh không hứng thú học chiếm 89,4%

Thực tế trên cho thấy, giáo viên cần phải đổi mới phương pháp dạy học, thay đổi cách dạy, cách học nhằm đáp ứng định hướng phát triển năng lực tư duy, sáng tạo của học sinh

DẠY HỌC

2.1 TÊN CHỦ ĐỀ:

“ Sinh học vi sinh vật - Ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải sinh hoạt

để tạo phân bón hữu cơ’’

2.2 MÔ TẢ CHỦ ĐỀ:

Với tình trạng ô nhiễm môi trường đáng báo động như hiện nay thì việc biến rác thải sinh hoạt, chất thải động vật, những phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp như mùn cưa, rơm rạ thành phân bón, đó là những việc làm hay vừa làm sạch môi trường sinh thái và tạo ra nguồn phân hữu cơ rất tốt để bón cho cây trồng, không những vậy còn tiết kiệm được nhiều chi phí cho sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên để đem lại phân hữu cơ chất lượng và hiệu quả kinh tế cao là rất khó Qua chủ đề này học sinh sẽ tìm hiểu được quy trình xử lí rác thải từ nguyên liệu đơn giản cũng như quy trình sản xuất phân hữu cơ từ rác thải giúp các em tận dụng được nguồn rác thải sinh hoạt và bảo vệ môi trường tại gia đình, địa phương

Bài 20: Sự đa dạng và phương pháp nghiên cứu vi sinh vật (Sinh 10 – Kết

nối tri thức với cuộc sống)

Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật (Sinh 10 – Kết

nối tri thức với cuộc sống)

Bài 22: Vai trò và ứng dụng của vi sinh vật (Sinh học 10 - Kết nối tri thức

với cuộc sống)

Bài 23: Thực hành một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thông dụng,

tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật và làm một số sản phẩm lên men từ

vi sinh vật (Sinh học 10 - Kết nối tri thức với cuộc sống)

KIẾN THỨC NỀN CẦN TÌM HIỂU CỦA CHỦ ĐỀ:

- Các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật, quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật

- Khái niệm sinh trưởng của vi sinh vật

- Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

+ Thời gian thế hệ (g) là thời gian tính từ khi một tế bào sinh ra cho đến khi tế bào đó phân chia Sau g số tế bào trong quần thể tăng gấp đôi

+ Sinh trưởng của quần thể trong nuôi cấy không liên tục tuân theo quy luật với đường cong gồm 4 pha cơ bản: pha tiềm phát, pha lũy thừa, pha cân bằng, và pha suy vong

+ Trong nuôi cấy liên tục thành phần của môi trường nuôi cấy luôn ổn định , quần thể sinh vật sinh trưởng liên tục, dịch nuôi cấy có mật độ tương đối

+ Đối với tự nhiên: Phân giải các chất thải và xác vi sinh vật thành chất

khoáng, đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, làm giàu chất dinh dưỡng cho đất

+ Đối với con người: Một số sản phẩm từ vi sinh vật phục vụ cho đời sống

con người mà em biết: Quá trình phân giải vi sinh vật được ứng dụng để sản xuất các sản phẩm như nước tương, xì dầu, nước mắm Dùng nấm men để sản xuất rượu, bia Sữa chua được lên men từ vi khuẩn lactic Thuốc kháng sinh, vaccine, các amino acid, protein đơn bào, hormone,…

- Một số ứng dụng của vi sinh vật trong nông nghiệp, trong chế biến thực phẩm, trong y dược, trong xử lý chất thải Cơ sở khoa học

- Một số thành tựu và triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai

+ Công nghệ lên men: Chế biến thức ăn chăn nuôi, sản xuất: bia, rượu,

sữa chua…

+ Công nghệ thu hồi sản phẩm: Thuốc bảo vệ thực vật, thuốc kháng sinh,

vaccine, chế phẩm xử lí chất thải rắn và nước thải, phân vi sinh, acid và dung môi hữu cơ…, công nghệ thu hồi sản phẩm

- Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thông dụng, tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật và làm một số sản phẩm lên men từ vi sinh vật

Ngoài ra học sinh còn nghiên cứu và vận dụng kiến thức liên quan như:

+ Toán học: Tính toán tỉ lệ các nguyên liệu làm ra sản phẩm

+ Công nghệ 11: Quy trình thiết kế (Bài 8 - Công nghệ lớp 11)

2.3 MỤC TIÊU CỦA CHỦ ĐỀ:

2.3.1 Về năng lực:

2.3.1.2 Năng lực khoa học tự nhiên:

- Trình bày được một số ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn (sản xuất và bảo quản thực phẩm, sản xuất thuốc, và xử lí môi trường, )

- Phân tích được triển vọng công nghệ vi sinh vật trong tương lai

- Kể tên được một số ngành nghể liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng phát triển của ngành nghề đó

- Thực hiện được một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thông dụng

- Mô tả được tác dụng của một số chủng vi sinh vật trong xử lý rác thải hữu cơ Giải thích được nguyên lí hoạt động của quy trình xử lí rác thải hữu cơ trong sinh hoạt

* Tìm hiểu thế giới sống:

- Thực hiện được một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thông dụng

- Thực hiện được các bước làm dự án hoặc đề tài tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật

- Rèn được năng lực tổ chức, sắp xếp, năng lực hợp tác nhóm, kĩ năng thực hành, viết báo cáo, làm tập san tranh ảnh, kĩ năng thuyết trình,

vụ được phân công, thực hiện an toàn

- Trung thực trong việc ghi chép kết quả thực hiện, đóng góp trong hoạt động và sản phẩm của nhóm

- Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học Có tinh thần trách nhiệm, hòa đồng, giúp đỡ nhau trong nhóm, lớp

- Yêu thích sự khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được vào giải quyết các nhiệm vụ được giao

- Trách nhiệm, giữ vệ sinh trong việc thực hiện nhiệm vụ được giao trong quá trình chế tạo, thử nghiệm và đánh giá hoạt động của quá trình xử lý

2.4 THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:

2.4.1 Giáo viên:

- Các tranh hình sách giáo khoa, bài và tranh hình liên quan đến các chế phẩm vi sinh

- Danh sách nhóm, bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm

Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo sản phẩm

tối đa

rác thải hữu cơ nhờ ứng dụng vi sinh vật

10

2 Mô tả rõ hành động/thao tác thực hiện ở các bước 20

3 Mô tả rõ loại nguyên liệu, tỉ lệ các nguyên liệu 20

5 Phân hữu cơ thu được phải tơi mịn 15

2.4.2 Học sinh: Mỗi nhóm chuẩn bị:

* Nguyên liệu: Chuẩn bị nguyên liệu là rác thải trong sinh hoạt:

+ Chất hữu cơ xanh: Cây rau, lá già, cành, rễ, bã cà phê, vỏ hoa quả thừa… + Chất hữu cơ nâu: Mùn cưa, giấy vụn, giấy báo, vỏ trứng, rơm rạ…

b Tổ chức thực hiện:

nhiệm vụ như sau:

Nhiệm vụ 1: Học sinh hoạt động nhóm: Quan một số hình ảnh về thực trạng ô nhiễm rác thải tại địa phương/Việt Nam và trả lời câu hỏi:

Ô nhiễm rác thải tại địa phương

Ô nhiễm rác thải tại Việt Nam

Ô nhiễm rác thải sẽ ảnh hưởng như thế nào tới môi trường và sức khỏe con người ? Cách xử lý rác thải sinh hoạt tránh ô nhiễm?

Nhiệm vụ2: Hoạt động nhóm: Tìm hiểu một số biện pháp xử lý rác thải để sản xuất phân bón hữu cơ?

bằng cách khai thác từ sách giáo khoa và nguồn Internet

nhóm học sinh khác nhận xét bổ sung

(4) Kết luận, nhận định: Giáo viên chốt lại một số tác hại của rác thải sinh hoạt chưa qua xử lý đến môi trường và con người Với tình trạng ô nhiễm môi

trường đáng báo động như hiện nay thì việc biến rác thải sinh hoạt, chất thải động vật, những phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp như mùn cưa, rơm rạ thành phân bón, đó là những việc làm hay vừa làm sạch môi trường sinh thái và tạo ra nguồn phân hữu cơ rất tốt để bón cho cây trồng, không những vậy còn tiết kiệm được nhiều chi phí cho sản xuất nông nghiệp

Một trong những biện pháp giúp hạn chế ô nhiễm môi trường, tạo được nguồn phân bón hữu cơ sử dụng hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp là ứng dụng

vi sinh vật sản xuất phân bón hữu cơ sinh học từ rác thải sinh hoạt

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

a Mục tiêu: Xác định và làm rõ kiến thức mới về tổng hợp và phân giải các

chất ở vi sinh vật (Nêu được một số ví dụ về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật, phân tích được vai trò của vi sinh vật trong đời sống con người

và trong tự nhiên); Đề xuất được quy trình xử lí rác thải hữu cơ để làm phân bón trong sản xuất nông nghiệp

b Tổ chức thực hiện:

Nhiệm vụ 1: Học sinh hoạt động nhóm: Đọc sách giáo khoa, các tài liệu tham khảo tìm hiểu về vai trò và ứng dụng của vi sinh vật và trả lời câu hỏi:

1 Vai trò của vi sinh vật ? Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn ? Vi sinh vật có thể tổng hợp những hợp chất nào? Hãy lấy một số

ví dụ về quá trình tổng hợp các chất ở vi sinh vật và ứng dụng?

2 Vẽ sơ đồ quá trình phân giải protein, polysaccharide và ứng dụng?

3 Sắp xếp các sản phẩm sau vào bảng cho phù hợp: Nước tương, phân bón

hữu cơ, nước mắn, sữa chua, dưa chua, cà muối?

-

-

-

-

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu về ứng dụng của vi sinh vật trong xử lí rác thải hữu

cơ sinh hoạt ( HS về nhà tìm hiểu)

Giáo viên yêu cầu học sinh phân loại rác thải hữu cơ xanh và hữu cơ nâu?

Giáo viên đặt câu hỏi gợi ý:

1 Có phải mọi rác thải sinh hoạt hữu cơ đều có thể dùng để sản xuất phân bón hữu cơ ?

2 Có thể dùng xương, thịt thừa hay vỏ sò, lá cây để dùng làm phân hữu cơ không ?

3 Tỉ lệ trộn phân hữu cơ xanh và nâu là bao nhiêu thì hợp lý?

4 Khi bổ sung chế phẩm vi sinh thì quá trình phân giải hợp chất của vi sinh vật sẽ diễn ra theo chiều hướng nào?

5 Quá trình phân giải chất hữu cơ bằng vi sinh vật đã vận dụng kiến thức nào về vi sinh vật ?

6 Các nhân tố sinh thái nào sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phân giải này của vi sinh vật ?

Nhiệm vụ 3: Tìm hiểu về sản phẩm là phân bón hữu cơ được sản xuất từ rác thải sinh hoạt, lí giải hiện tượng cùng nguyên liệu nhưng sản phẩm phân hữu cơ có thể có chất lượng khác nhau; màu sắc, độ ẩm?

và nguồn Internet, thảo luận theo nhóm để thực hiện các yêu cầu học tập; trao đổi

về kết quả thảo luận:

KẾT LUẬN:

- Kiến thức mới thu được qua nhiệm vụ 1:

*Vai trò của vi sinh vật đối với tự nhiên:

- Phân giải chất thải và xác sinh vật, đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, làm giàu chất dinh dưỡng cho đất

- Vi sinh vật tự dưỡng tạo oxygen và chất dinh dưỡng cung câp cho các sinh vật dị dưỡng

- Cộng sinh với nhiều loài sinh vật; đảm bảo sự tồn tại và phát triển của các loài đó trong tự nhiên

* Vai trò của vi sinh vật đối với con người:

- Phân giải các chất thải; đặc biệt là các chất độc hại

- Sử dụng chế biến thực phẩm, sản xuất thuốc kháng sinh…

- Cộng sinh trong cơ thể người giúp tăng cường hệ miễn dịch, tiêu hoá…

* Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn:

- Dựa trên các đặc điểm sinh học của vi sinh vật như sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, hình thức dinh dưỡng đa dạng, quá trình tổng hợp và phân giải các chất có nhiều lợi ích

- Trong nông nghiệp

- Làm tăng độ phì nhiêu cho đất: cung cấp nitơ, tăng độ ẩm

- Sản xuất phân bón vi sinh

- Sản xuất thuốc trừ sâu vi sinh

Một số vi sinh vật tiết chất kích thích tăng trưởng, polysaccharide hay chất kháng sinh giúp cây sinh trưởng

Một số vi sinh vật ức chế sự phát triển của sâu, bệnh gây hại cho cây trồng được sử dụng thay thuốc trừ sâu hóa học, không gây hại môi trường

- Trong chế biến thực phẩm

- Ứng dụng trong chế

biến thực phẩm: bia, rượu, bánh mì, tương,

xì dầu …

- Trong

y dược

- Sản xuất thuốc kháng sinh, vác xin

- Sản xuất Protein đơn bào, hooc môn, các axitamin quý…

- Trong

xử lý chất thải

- Xử lí ô nhiễm môi trường hiệu quả, ít tốn kém

- Sản xuất bột giặt

- Ứng dụng trong công nghệ thuộc da, bằng enzim…

* Sơ đồ khái quát quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật:

* Hoàn thành bảng:

Phân giải protein Phân giải polysaccharide

- Nước tương

- Nước mắn

- Phân bón hữu cơ - Sữa chua

- Dưa chua - Cà muối

- Kiến thức mới thu được qua nhiệm vụ 2:

Học sinh phân loại rác thải sinh hoạt thành rác thải hữu cơ xanh và rác thải hữu cơ nâu:

TT Chất hữu cơ

xanh

Chất hữu cơ nâu

Chất vô cơ Cần tránh

1 Phụ phẩm cây rau: Lá già, cành,

rễ

Rơm / mùn cưa

Vỏ chai thủy tinh

quýt

Học sinh trả lời được các câu hỏi:

Không phải tất cả rác thải hữu cơ đều sử dụng để làm phân hữu cơ, một số rác hữu cơ cần tránh vì chúng sẽ gây mầm bệnh và tạo mùi hôi thối; còn vỏ cam, chanh, sả, lá bạch đàn và một số loại thực vật khác có tinh dầu sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật

Khi bổ sung chế phẩm vi sinh (Trichoderma) thì quá trình phân giải hợp chất của vi sinh vật sẽ diễn ra nhanh hơn

Các nhân tố sinh thái ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phân giải của vi sinh vật gồm nước, ánh sáng, nhiệt độ

- Kiến thức mới thu được qua nhiệm vụ 3:

Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo sản phẩm

tối đa Quy trình 1 Nêu được đủ các bước thực hiện quy trình xử lí

rác thải hữu cơ nhờ ứng dụng vi sinh vật

10

2 Mô tả rõ hành động/thao tác thực hiện ở các bước 20

3 Mô tả rõ loại nguyên liệu, tỉ lệ các nguyên liệu 20

5 Phân hữu cơ thu được phải tơi mịn 15

(3) Báo cáo thảo luận:

- Giáo viên tổ chức cho các nhóm báo cáo nhiệm vụ đã chuyển giao: Mời 2 nhóm trình bày, các nhóm khác nhận xét, đánh giá, bổ sung, hoàn thiện

- Giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận về lợi ích và tác hại của vi sinh vật; vai trò của vi sinh vật trong quá trình phân giải rác hữu cơ sinh hoạt

(4) Kết luận, nhận định:

- Giáo viên nhận xét, đánh giá, kết luận, chuẩn hoá kiến thức và nhấn mạnh vai trò của vi sinh vật, từ những vai trò đó con người đã khai thác hoạt động của vi sinh vật để tạo ra các sản phẩm có giá trị phục vụ cho nhu cầu của con người

- Giáo viên thống nhất nhiệm vụ cần thực hiện cho các nhóm học sinh: xử lí rác thải hữu cơ nhờ sự phân giải của vi sinh vật

Tiết 2:

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

a Mục tiêu:

- Học sinh lựa chọn được quy trình, phương án thực hiện nhiệm vụ xử lí rác thải hữu cơ nhờ sự phân giải của vi sinh vật

b Tổ chức thực hiện:

Thực hiện phương án làm thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tỉ lệ rác hữu cơ xanh / rác hữu cơ nâu, lượng men, nhiệt độ, hàm lượng nước, thời gian ủ đến chất lượng phân hữu cơ và xây dựng kế hoạch thực hiện nhiệm vụ làm phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt

- Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh: Các nhóm học sinh tìm hiểu cách thiết kế quy trình ứng dụng vi sinh vật xử lý rác thải sinh hoạt; Ghi vào vở quy trình thiết kế ứng dụng vi sinh vật xử lý rác thải sinh hoạt và giải thích quy trình

Đề xuất phương án thí nghiệm nghiên cứu vai trò của vi sinh vật đến quá trình phân giải các chất và ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình lên men làm phân hữu cơ

Cách làm:

Thiết kế thí nghiệm chứng minh vai trò của vi sinh vật trong quá trình phân giải các chất (Thể hiện trong quá trình phân giải rác hữu cơ) phương án đối chứng (ĐC) và phương án thực nghiệm (TN)

Tham khảo và chọn 1 công thức làm phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt, sau

đó thay đổi một trong các yếu tố về tỷ lệ rác thải hữu cơ xanh và rác thải hữu cơ nâu, nhiệt độ và thời gian ủ đề xuất trên cơ sở phân tích lí thuyết ảnh hưởng của các yếu tố này đến chất lượng sản phẩm (bản chất là ảnh hưởng của các yếu tố đến tốc độ phản ứng lên men) -> Đề xuất phương án thay đổi các yếu tố đó -> chia nhiệm vụ cho các cá nhân thực hiện làm để nghiên cứu ảnh hưởng của chúng

Mỗi yếu tố chọn 2- 3 thay đổi / 2- 3 phương án, khi thay đổi có thể lập bảng

phẩm

Giải thích kết quả

Tỷ lệ chất hữu cơ xanh / chất hữu cơ nâu Lượng chế phẩm sinh học Trichoderma

Độ ẩm Thời gian ủ

- Thảo luận nhóm đánh giá kết quả thử nghiệm các phương án, giải thích và lựa chọn phương án tốt nhất để sản xuất phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt

- Vẽ sơ đồ quy trình có các chú giải chi tiết cho từng bước Thiết kế quy trình sản xuất phân hữu cơ với các nguyên liệu tự chọn để có sản phẩm đảm bảo chất lượng với tiêu chí:

(1) Sản phẩm thu được có màu nâu như màu đất (2) Sử dụng tay nắm hỗn hợp rác hữu cơ nếu thấy nước rỉ qua các kẽ ngón tay, cần bố sung thêm rơm rạ hoặc cỏ khô để cân bằng lượng nước có trong rác hữu cơ Nếu nắm lại mà khi mở ra thấy rác tơi và rời rạc có nghĩa là rác bị thiếu

độ ẩm cần phải bổ sung thêm nước, còn nếu thấy hỗn hợp kết dính thì độ ẩm đạt yêu cầu

- Học sinh tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế quy trình và thực hiện làm sản phẩm phân hữu cơ

Sản phẩm: Báo cáo thí nghiệm: Quy trình sản xuất phân hữu cơ và nguyên vật liệu dự kiến (có định lượng)

- Học sinh tìm hiểu quy trình sản xuất phân hữu cơ và giải thích cơ sở khoa học của các bước thực hiện

- Học sinh thí nghiệm và giải thích; đề xuất quy trình sản xuất phân hữu cơ với tỷ lệ lượng nguyên liệu sử dụng

- Học sinh ghi vào vở quy trình và lời giải thích cách thức thiết kế chế tạo

thực hiện nhiệm vụ, học sinh lắng nghe, nêu ý kiến, phản hồi, bổ sung

- Giáo viên yêu cầu các nhóm lần lượt trình bày kết quả thí nghiệm và phương án thiết kế quy trình sản xuất phân hữu cơ từ rác thải hữu cơ

- Nhóm học sinh lựa chọn bản thiết kế khả thi nhất của nhóm và bổ sung, trả lời làm rõ gợi ý của giáo viên

- Giáo viên duyệt quy trình sản xuất phân hữu cơ đã được nhóm lựa chọn; yêu cầu các nhóm thực hiện theo đúng quy trình chế biến đã được duyệt; dán tên của nhóm lên thùng đựng sản phẩm của nhóm

công thành viên của nhóm thực hiện xử lý rác thải hữu cơ bằng vi sinh vật theo quy trình đã thiết kế; Thử nghiệm chất lượng của sản phẩm; Ghi chép kết quả thử nghiệm và điều chỉnh nếu có; Giải thích lý do

thực hiện sản xuất phân hữu cơ theo đúng quy trình; thử nghiệm chất lượng phân hữu cơ; ghi chép kết quả thử nghiệm và điều chỉnh nếu có; giải thích lý do; dán tên nhóm trên sản phẩm

Giáo viên có thể đưa ra các câu hỏi gợi ý: Màu sắc của sản phẩm như thế

nào? Sản phẩm đã đạt độ tơi mịn, đạt độ ẩm theo yêu cầu chưa? Tỉ lệ C:N thế nào? Mùi còn khó chịu hay không?

viên kiểm tra tinh thần, thái độ, hiệu quả của công việc nhóm

Giáo viên nhận xét chung về tinh thần, thái độ và sự hợp tác của các nhóm trong quá trình làm sản phẩm

b Tổ chức thực hiện:

cầu khi trình bày sản phẩm, nhắc lại tiêu chí; nhấn mạnh các yêu cầu của Sản phẩm; sự phù hợp của sản phẩm với quy trình đã thiết kế Giáo viên giao nhiệm vụ cho các nhóm thuyết trình trong 5p về các nội dung sau:

1 Thuyết trình giới thiệu về sản phẩm

2 Tự nhận xét về sản phẩm của nhóm

3 Nêu khó khăn, kinh nghiệm hoặc chia sẻ quá trình làm( nếu có)

- Giáo viên yêu cầu các nhóm khác theo dõi, nhận xét và đặt câu hỏi cho nhóm bạn

giải thích và điều chỉnh trong quá trình chế tạo so với thiết kế, trả lời câu hỏi và nhận xét của các nhóm Giáo viên tổ chức, điều hành

- Giáo viên đánh giá, tổng kết, nhận xét quá trình thực hiện nhiệm vụ của các nhóm

- Giáo viên lưu ý học sinh một số vấn đề thường gặp trong khi ủ rác thải hữu cơ và phương án xử lý:

+ Muốn tạo môi trường hiếu khí cho vi sinh vật hoạt động tốt nhất thì cần cung cấp đủ nước cho vi sinh vật hoạt động cho thùng ủ phân hữu cơ

+ Để tăng tốc độ phân giải của vi sinh vật thì thùng ủ phân hữu cơ ở ngoài trời chỗ nhiều ánh nắng, thoáng khí

+ Bố trí thùng ủ gần nguồn nước để thuận tiện cho việc tạo ẩm cho thùng ủ Trong quá trình ủ, nước sẽ bốc hơi lên và oxygen sẽ nhanh chóng cạn kiệt, điều này cần thiết phải xử lý, cần quản lý tốt các quá trình

+ Thùng ủ càng nóng, không khí và nước càng phải thường xuyên thêm; sự cân bằng không khí / nước là rất quan trọng để duy trỳ nhiệt độ cao ( 50- 70 ) cho đến khi các hợp chất hữu cơ bị phá vỡ Đồng thời, quá nhiều không khí hoặc nước cũng làm chậm quá trình này

- Học sinh ghi chép vào vở vấn đề cần lưu ý để cải tiến chất lượng phân hữu

cơ của nhóm

bày kết quả, nhóm khác nhận xét về sản phẩm của nhóm bạn

các nhóm về sản phẩm và cho các nhóm bình chọn sản phẩm phân bón hữu cơ tốt

nhất, trao quà động viên, khuyến khích… và nêu hướng cải tiến sản phẩm của

nhóm mình