SKKN Giúp học sinh phát triển năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua dạy học theo định hướng giáo dục STEM phần axit cacboxylic – Hóa học 11

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Lí do chọn đề tài
Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể được Bộ GD & ĐT ban hành ngày 26 tháng 12 năm 2018, mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới là giúp người học làm chủ kiến thức phổ thông. Biết vận dụng hiệu quả kiến thức vào đời sống và tự học suốt đời; có định hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp; biết xây dựng và phát triển hài hòa các mối quan hệ xã hội; có cá tính, nhân cách và đời sống tâm hồn phong phú. Nhờ đó có được cuộc sống ý nghĩa và đóng góp tích cực vào sự phát triển của đất nước và nhân loại. Chương trình GDPT mới giúp học sinh tiếp tục phát triển những phẩm chất, năng lực cần thiết, có khả năng lựa chọn những nghề nghiệp phù hợp với năng lực và sở thích, có khả năng thích ứng với những thay đổi trong bối cảnh toàn cầu hóa và cách mạng công nghiệp mới.
Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 đã đề cập đến vấn đề tạo điều kiện tổ chức các chủ đề STEM trong chương trình môn học. Tuy nhiên, giáo dục STEM còn khá mới mẻ. Phương pháp tiếp cận, thực hiện có nhiều điểm khác so với các phương pháp giảng dạy đang được ứng dụng hiện nay. Thông qua bài học STEM, người học có cơ hội phát triển các năng lực, đặc biệt là năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM học sinh phải phối hợp, làm việc với nhau, vận dụng các kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề đưa ra.
Điều 4 Luật giáo dục (2005) cũng chỉ rõ: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên”. Sự thành công của việc dạy học phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp dạy học mà giáo viên lựa chọn. Cùng một nội dung nhưng tùy thuộc vào phương pháp dạy học cụ thể thì kết quả sẽ khác nhau về mức độ lĩnh hội tri thức.  Vì vậy việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao hiệu quả dạy học nói chung và bộ môn Hóa học nói riêng ở trường phổ thông là rất cần thiết, phù hợp với yêu cầu dạy học hiện nay. Quan điểm dạy học tích cực là định hướng quan trọng đã được lựa chọn và vận dụng trong việc đổi mới nhiều phương pháp dạy học cụ thể khác nhau. Giáo dục phổ thông nước ta đang thực hiện từng bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học.
Môn Hóa học, hình thành và phát triển cho học sinh năng lực hóa học, đồng thời góp phần cùng các môn học, hoạt động giáo dục khác để hình thành, phát triển ở học sinh các phẩm chất, năng lực chủ yếu, đặc biệt là thế giới quan khoa học, hứng thú với học tập, ứng phó với thiên nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững. Hóa học là môn khoa học vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm và có miền kiến thức rộng gắn liền với thực tiễn đời sống.
Hiện nay, đại dịch Covid – 19 diễn biến rất phức tạp và để lại nhiều hệ lụy rất nặng nề thì vấn đề dạy – học cũng gặp khó khăn, nhiều trở ngại. Để đáp ứng được xu thế đó,  dạy học theo hình thức STEM là một giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Trước bối cảnh đó,  năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn được xem là một trong những năng lực quan trọng của con người trong xã hội hiện nay; nó đã trở thành một xu thế giáo dục ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài: “Giúp học sinh phát triển năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua dạy học theo định hướng giáo dục STEM phần axit cacboxylic – Hóa học 11” để nghiên cứu.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Nghiên cứu cơ sở lý luận: STEM, quy trình dạy học STEM, năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
– Nghiên cứu cơ sở thực tiễn: Điều tra thực trạng dạy học mô Hóa học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
– Thiết kế 5 thí nghiệm STEM và 2 kế hoạch dạy học chi tiết phần axit cacboxylic.
– Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh THPT.
– Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm và đánh giá kết quả đã nghiên cứu.
3. Phạm vi và đối tượng áp dụng
– Đối tượng: HS lớp 11 trường THPT Quỳ Hợp 3
– Phạm vi áp dụng: Hóa học 11 – Ban cơ bản, chương IX: Anđehit – Xeton – Axit cacboxylic
4. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu cơ sở lí luận, cơ sở thực tiễn về dạy học theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
– Phương pháp tìm hiểu thực trạng học sinh khi học các bộ môn KHTN, việc tự học, tự nghiên cứu, thái độ học tập của học sinh.
– Phương pháp phân tích, tổng hợp, kiểm tra đánh giá kết quả, đánh giá năng lực học sinh.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
– Đề tài vận dụng phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh giúp học sinh phát huy được kỹ năng, nhận thức từ đó áp dụng vào thực tiễn.
– Đề tài là cơ sở để đổi mới phương pháp và hình thức dạy học, phù hợp với tình hình xu thế phát triển của xã hội hiện nay.
6. Tính mới, tính sáng tạo của đề tài
– Góp phần đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng tích cực hóa hoạt động của học sinh ở trường THPT.
– Phổ biến phương pháp dạy học tích cực, dạy học theo dự án trong tổ bộ môn và đơn vị. Hướng dẫn soạn một giáo án sử dụng các phương pháp dạy học tích cực, dạy học theo chủ đề.
7. Khả năng áp dụng của đề tài
– Đề tài là tài liệu tham khảo cho học sinh khối 11, học sinh thi THPTQG.
– Đề tài là tài liệu tham khảo cho giáo viên khi dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh.
– Ngoài ra với từng bước tiến hành xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng STEM được thực hiện trong đề tài sẽ giúp người đọc có thể vận dụng thành công cho các chương khác, chủ đề khác trong chương trình Hóa THPT, hoặc ở các
PHẦN II: NỘI DUNG
Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC MÔN HÓA HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN CHO HỌC SINH
1.1. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM
1.1.1. Định nghĩa 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, Kĩ 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 , 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.
1.1.2. Giáo dục STEM
Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau: a) Dạy học các môn khoa 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 thí nghiệm, 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.
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.
1.1.3. Quy trình giáo dục STEM
Quy trình 5E được Rodger W Bybee và cs xây dựng dựa trên mô hình SCIS của J. Myron Atkin và Robert Karplus (1962) – một mô hình dùng để cải tiến chương trình dạy học môn Khoa học ở HS bậc tiểu học.
Quy trình 5E gồm có 5 giai đoạn: Engagement (Đặt vấn đề), Exploration (khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và Evaluation (đánh giá) (Hình 1.1).

Hình 1.1: Quy trình giáo dục STEM theo mô hình 5E
1.2. Phát triển năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn
1.2.1. Khái niệm năng lực và năng lực vận dụng kiến thức hóa học
1.2.1.1. Khái niệm năng lực
Năng lực (Capacity /Abilyty): hiểu theo nghĩa chung nhất là khả năng (hoặc tiềm năng) mà cá nhân thể hiện khi tham gia một hoạt động nào đó ở một thời điểm nhất định. VD: khả năng giải toán, khả năng nói tiếng Anh, … thường được đánh giá bằng các trắc nghiệm trí tuệ (ability test).
Năng lực (Competence): thường gọi là năng lực hành động: là khả năng thực hiện hiệu quả một nhiệm vụ/ một hành động cụ thể, liên quan đến một lĩnh vực nhất định dựa trên cơ sở hiểu biết, kỹ năng, kỹ xảo và sự sẵn sàng hành động.
1.2.1.2. Định nghĩa phù hợp về năng lực
Hai định nghĩa phù hợp nhất về năng lực:
Năng lực là: “khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống” (Quebec – Ministere de I’ Education, 2004)
Năng lực là: khả năng làm chủ những hệ thống kiến thức, kỹ năng, thái độ và vận hành (kết nối) chúng một cách hợp lý vào thực hiện thành công nhiệm vụ hoặc giải quyết hiệu quả vấn đề đặt ra của cuộc sống (N.C.K, 2012)
1.2.1.3.  Phân biệt giữa năng lực và kỹ năng
Kỹ năng hiểu theo nghĩa hẹp là những thao tác, những cách thức thực hành, vận dụng tri thức/ kinh nghiệm thực hiện một hoạt động nào đó trong những môi trường quen thuộc. Hiểu theo cách này kỹ năng có được là do kinh nghiệm, thực hành … làm nhiều thành quen … mà thiếu những hiểu biết/ thiếu những tri thức có tính hệ thống … không giúp cá nhân thích ứng khi hoàn cảnh điều kiện thay đổi.
Kỹ năng hiểu theo nghĩa rộng là bao hàm những kiến thức/ những hiểu biết giúp cá nhân thích ứng khi hoàn cảnh điều kiện thay đổi, cách hiểu kỹ năng … giống như là năng lực. VD: UNESCO định nghĩa: “Kỹ năng sống là năng lực cá nhân để thực hiện đầy đủ các chức năng và tham gia vào cuộc sống hàng ngày”
1.2.1.4. Năng lực của một cá nhân
Năng lực của mỗi cá nhân là một phổ từ năng lực bậc thấp như nhận biết/ tìm kiếm thông tin (tái tạo) … tới năng lực bậc cao (khái quát hóa/ phản ánh).
Theo nghiên cứu của OECD (2004) thì năng lực có 3 cấp độ từ thấp đến cao:
– (1) Cấp độ I: Tái tạo
– (2) Cấp độ II: Kết nối
– (3) Cấp độ III: Khái quát hóa/ phản ánh
Do vậy kiểm tra đánh giá trên lớp học phải bao quát được cả 3 cấp độ này. 1.2.1.5. Đánh giá năng lực của học sinh Theo quan niệm của OECD – PISA:
Đánh giá năng lực của học sinh là đánh giá khả năng vận dụng kiến thức, kỹ năng, thái độ của học sinh vào giải quyết các vấn đề ngoài cuộc sống.
Để chứng minh học sinh có một năng lực ở một mức độ nào đó, phải tạo cơ hội cho học sinh được giải quyết vấn đề trong tình huống mang tính thực tiễn. Khi đó học sinh vừa phải vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã được học ở nhà trường, vừa phải dùng những kinh nghiệm của bản thân thu được từ những trải nghiệm bên ngoài nhà trường  (gia đình, cộng đồng và xã hội).
1.2.1.6. Khái niệm về năng lực vận dụng kiến thức hóa học
Đã có nhiều tác giả đưa ra khái niệm về năng lực vận dụng kiến thức hóa học:
Năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn là khả năng hệ thống hóa và phân loại kiến thức, hiểu rõ đặc điểm, nội dung thuộc tính của loại kiến thức đó để lựa chọn kiến thức phù hợp với mỗi hiện tượng, tình huống cụ thể xẩy ra trong cuộc sống, tự nhiên và xã hội.
Năng lực vận dụng kiến thức của học sinh là khả năng của người học huy động, sử dụng những kiến thức, kỹ năng đã học trên lớp hoặc học qua trải nghiệm thực tế của cuộc sống để giải quyết những vấn đề đặt ra trong những tình huống đa dạng và phức tạp của đời sống một cách hiệu quả và có khả năng biến đổi nó. Năng lực vận dụng kiến thức hóa học thể hiện phẩm chất, nhân cách của con người trong quá trình hoạt động để thõa mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức.
1.2.2. Một số biểu hiện của năng lực vận dụng kiến thức
Bảng 1.1: Một số biểu hiện của năng lực vận dụng kiến thức
Các tiêu chí Biểu hiện
Phân tích, tổng hợp các kiến thức liên quan đến chủ đề
học tập – Học sinh phân tích, tổng hợp được các kiến thức liên quan đến dự án học tập từ đó nhận diện được vấn đề thực tiễn, nhận ra được những mâu thuẫn phát sinh từ vấn đề, có thể đặt được những câu hỏi có vấn đề.
Phát hiện các vấn đề trong thực tiễn và sử dụng kiến
thức để giải thích – Học sinh thu thập, lựa chọn và sắp xếp những nội dung kiến thức liên quan đến vấn đề thực tiễn.
– Học sinh sử dụng được kiến thức để giải thích các vấn đề thực tiễn
Huy động được kiến thức liên quan đến thực tiễn và đề xuất được giả thuyết – Huy động được các kiến thức liên quan và thiết lập các mối quan hệ giữa kiến thức đã học và kiến thức cần tìm hiểu với vấn đề thực tiễn.
– Đề xuất được giả thuyết khoa học.
Thực hiện giải quyết vấn đề thực tiễn và đề xuất vấn đề mới – Học sinh giải quyết vấn đề thực tiễn dựa trên kiến thức đã học hoặc khám phá.
– Đề xuất các ý tưởng mới về  vấn đề đó hoặc các vấn đề thực tiễn liên quan.
Độc lập, sáng tạo và có thái độ ứng xử thích hợp trong việc xử lý các vấn đề thực tiễn – Học sinh có ý thức tự giác, độc lập, sáng tạo trong việc xử lý các vấn đề thực tiễn.

1.2.3. Các biện pháp phát triển năng lực vận dụng kiến thức cho học sinh
Từ việc xác định tầm quan trọng của việc vận dụng kiến thức, các biểu hiện của năng lực vận dụng kiến thức, qua quá trình giảng dạy và nghiên cứu, tôi đề xuất một số biện pháp  nhằm phát  triển năng lực vận dụng kiến thức cho học sinh như sau:
– Trước hết GV cần trang bị cho HS những kiến thức cơ bản một cách vững chắc.
– Đưa ra các tình huống để học sinh vận dụng theo các cấp độ từ dễ đến khó,
tăng cường các tình huống gắn liền với bối cảnh cụ thể (thực tiễn đời sống,  thí nghiệm, thực hành), tăng cường câu hỏi mở, câu hỏi yêu cầu học sinh sử dụng kiến thức nhiều bài, nhiều lĩnh vực, câu hỏi tích hợp.
– Tạo điều kiện cho học sinh tự đưa ra các tình huống cần giải quyết cho các bạn cùng nhóm, lớp.
– Khuyến khích học sinh lập nhóm, cùng tìm hiểu, cùng nghiên cứu một số vấn đề mang tính thực tế, cấp thiết: lựa chọn nội dung/đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, lập kế hoạch, thực nghiệm, báo cáo kết quả (dù thành công hay thất bại).
1.3. Kiến thức hóa học gắn với thực tiễn và vai trò của nó trong dạy học hóa học
1.3.1. Kiến thức hóa học gắn với thực tiễn
Kiến thức hóa học gắn với thực tiễn cuộc sống là những kiến thức giúp giải quyết vấn đề thuộc về nhận thức và việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong đời sống, sinh hoạt hàng ngày như làm bài thực hành, làm thí nghiệm, giải thích các hiện tượng tự nhiên, các vấn đề sức khỏe liên quan trực tiếp đến liên kết, hợp chất đang nghiên cứu.
Ví dụ 1: Trong bài ancol, khi học sinh có kiến thức về độc tính của metanol, sự tạo ra metanol trong quá trình lên men sản xuất rượu. Học sinh sẽ giải thích được vì sao rượu có chứa metanol lại gây hiện tượng đau đầu, buồn nôn, mờ mắt. Từ đó, học sinh sẽ có những kiến thức thực tế như: nhận ra dấu hiệu của người ngộ độc metanol. Biết được quá trình nấu rượu từ gạo cũng có thể tạo metanol nên để tốt cho sức khỏe thì phải ủ rượu một thời gian mới uống, nên bỏ nước rượu giai đoạn đầu chưng cất vì có nhiều độc tố hơn.