SKKN Phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề “chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật ” (sinh học 10 – THPT) với vấn đề ứng dụng vi sinh vật để xử lí nước thải chăn nuôi theo định hướng giáo dục stem

ĐẶT VẤN ĐỀ 

• Lí do chọn đề tài 

• Xuất phát từ xu thế đổi mới giáo dục 

Hiện nay trên thế giới cùng với quá trình toàn cầu hóa, sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, việc hội nhập quốc tế cũng như sự đi lên của nền kinh tế tri thức đã đặt ra nhiều yêu cầu mới cho sự nghiệp giáo dục Việt Nam. Ở trong nước, tiến trình đổi mới giáo dục đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, góp phần đắc lực thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế bất cập. Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 

4/11/2013 Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục đào tạo đã nêu một trong những hạn chế đó là “Hệ thống giáo dục và đào tạo còn nặng lý thuyết, nhẹ thực hành. Đào tạo thiếu gắn kết với nghiên cứu khoa học, sản xuất, kinh doanh và nhu cầu của thị trường lao động” và một trong những giải pháp quan trọng để đổi mới giáo dục đó là “Nâng cao chất lượng, hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng khoa học, công nghệ” [1]. Ở trường phổ thông, HS tiếp cận hoạt động NCKH chủ yếu thông qua cuộc thi khoa học kĩ thuật nên phát triển NL NCKH còn hạn chế. Vì vậy cần đẩy mạnh các hoạt động dạy học nâng cao NL NCKH cho HS. 

• Xuất phát từ hiệu quả dạy học theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH 

Dạy học theo định hướng giáo dục STEM được xem là một trong những phương thức có hiệu quả trong việc phát triển các phẩm chất, NL trong đó có NL NCKH. Tại hội nghị Khoa học – Công nghệ – Kỹ thuật – Toán học (STEMCON) Việt Nam 2017, thứ trưởng bộ khoa học và công nghệ Trần Văn Tùng nhấn mạnh: “Giáo dục STEM là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học công nghệ chất lượng cao và rất cần sự quan tâm của chính phủ để thúc đẩy hoạt động này”. Mỗi chủ đề dạy học STEM đề cập và giao cho HS giải quyết một vấn đề tương đối trọn ven, đòi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Quá trình đó đòi hỏi HS 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 [3]. Các kiến thức và kỹ năng được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. 

• Xuất phát từ đặc điểm môn Sinh học và nội dung kiến thức phần sinh học vi sinh vật 

Môn Sinh học là một trong những môn học khoa học tự nhiên mang tính thực nghiệm cao. Các nội dung trong chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10 – THPT) gồm kiến thức: khái niệm, đặc điểm chung, các loại môi trường nuôi cấy vi sinh vật; các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật; quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật; ứng dụng quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật. Trong đó có ứng dụng vi sinh vật làm sạch môi trường [4]. Tham gia các hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong chủ đề 

“Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10 – THPT) HS vừa được tìm hiểu kiến thức về VSV, vừa nghiên cứu và chế tạo chế phẩm vi sinh làm sạch môi trường từ nguyên liệu thiên nhiên và nguyên liệu nhà bếp, không chứa hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường, chi phí thấp. Từ đó góp phần phát triển ở HS NL NCKH, tăng cường vận dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn, giúp HS thấy được Sinh học gần gũi, thiết thực với cuộc sống của con người, và là lĩnh vực hứa hẹn nhiều thành tựu về lý thuyết và công nghệ hiện đại trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghệ 4.0. 

Vì những lí do trên mà chúng tôi lựa chọn đề tài “Phát tiển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật (Sinh học 10-THPT) với vấn đề ứng dụng vi sinh vật để xử lí nước thải chăn nuôi theo định hướng giáo dục STEM”. 

• Mục đích và phạm vi nghiên cứu 

• Mục đích: Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10 -THPT theo định hướng giáo dục STEM phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh và nâng cao hiệu quả dạy học. 
• Phạm vi nội dung: Thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10 -THPT theo định hướng giáo dục STEM. – Phạm vi thực nghiệm: Chúng tôi tiến hành thực nghiệm tại trường THPT Nam Đàn 2, THPT Nam Đàn 1, THPT Lê Hồng Phong, THPT Thái Lão. 

• Phương pháp nghiên cứu 

3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 

• Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến nội dung kiến thức phần sinh học vi sinh vật, lí thuyết về NL NCKH, các tài liệu dạy học tích cực, lí thuyết về dạy học theo định hướng giáo dục STEM.     
• Nghiên cứu các tài liệu về lý luận và phương pháp giảng dạy Sinh học, các giáo trình, luận văn, luận án, tạp chí, bài viết và các website làm cơ sở khoa học cho đề tài nghiên cứu. 

3.2. Phương pháp điều tra cơ bản 

• Điều tra về thực trạng đổi mới PPDH theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH của HS trong dạy học Sinh học. 
• Điều tra thực trạng phát triển NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học. 
• Điều tra thái độ hứng thú học tập của HS khi được học theo định hướng giáo dục STEM qua chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV”, Sinh học 10 – THPT. 

3.3. Phương pháp chuyên gia  

• Gặp gỡ trao đổi xin ý kiến của các giảng viên trường ĐH, các GV có kinh nghiệm ở trường THPT trong việc xác định các nội dung có thể áp dụng vào việc thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học STEM. 
• Lấy ý kiến đánh giá của các GV THPT có kinh nghiệm về khả năng tổ chức cũng như hiệu quả của việc tổ chức dạy học STEM trong dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV”, Sinh học 10 – THPT. 

• Phương pháp thực nghiệm sư phạm 

Sau khi thiết kế và xây dựng được quy trình tổ chức dạy học theo định hướng STEM, chúng tôi tiến hành thực nghiệm ở trường THPT để kiểm tra tính đúng đắn, tính thực tiễn của đề tài. Chúng tôi tiến hành xem xét sự tiến bộ của HS giữa lớp TN và lớp ÐC qua chủ đề dạy học, và xem xét sự tiến bộ của lớp TN qua chủ đề. Kết quả thực nghiệm được đánh giá qua phiếu quan sát và bài kiểm tra. 

+ Đối tượng thực nghiệm: học sinh lớp 10 THPT. 

+ Nội dung thực nghiệm: các bài học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV”, Sinh học 10 – THPT. 

+ Tiến hành thực nghiệm tuần tự theo các bước cụ thể. 

• Phương pháp thống kê toán học 

• Thu thập và thống kê số liệu từ kết quả của tất cả các lần tiến hành thực nghiệm sau đó xử lý số liệu bằng phần mềm SPSS. 
• Sử dụng phần mềm excel để tính toán các tham số phù hợp . 

4. Những đóng góp mới của đề tài 

• Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học Sinh học THPT. 
• Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10-THPT theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH cho HS. 
• Xây dựng bộ tiêu chí đánh giá NL NCKH cho HS, lựa chọn và đề xuất các công cụ đánh giá NL NCKH cho HS thông qua dạy học theo đinh hướng giáo dục STEM. 

5. Cấu trúc của đề tài 

Kết cấu đề tài bao gồm: Mở đầu, nội dung, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, sáng kiến kinh nghiệm bao gồm 3 chương: 

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài