Luận án Phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh trong dạy học sinh học cấp trung học phổ thông

ọc bộ môn Sinh học Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phan Thị Thanh Hội PGS.TS. Nguyễn Đình Nhâm HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phan Thị Thanh Hội và PGS.TS. Nguyễn Đình Nhâm. Các số liệu, kết quả của luận án hoàn toàn khách quan, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tác giả Trần Thái Toàn LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân. Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phan Thị Thanh Hội và PGS.TS. Nguyễn Đình Nhâm đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn Lí luận và Phương pháp dạy học Sinh học, khoa Sinh học, Phòng đào tạo Sau đại học, Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các chuyên gia Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Sinh học, các nghiên cứu sinh, các bạn đồng nghiệp đã tư vấn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các em học sinh của các trường THPT đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác cùng chúng tôi trong suốt quá trình khảo sát, thực nghiệm đề tài. Xin chân thành cảm ơn cơ quan Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Tĩnh, trường THPT Thành Sen đã tạo các điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án. Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn đồng hành, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng 8 năm 2020 Tác giả luận án Trần Thái Toàn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Viết đầy đủ Viết tắt Bài tập thực tiễn BTTT Dự án học tập DAHT Dạy học dự án DHDA Đại học sư phạm ĐHSP Giải quyết vấn đề GQVĐ Giáo viên GV Học sinh HS Hoạt động trải nghiệm HĐTN Kĩ năng KN Năng lực NL Nghiên cứu khoa học NCKH Nghiên cứu tài liệu NCTL Phương pháp dạy học PPDH Sách giáo khoa SGK Trung học cơ sở THCS Trung học phổ thông THPT Thực nghiệm TN Thực nghiệm nghiên cứu TNNC Vận dụng kiến thức VDKT Vấn đề thực tiễn VĐTT MỤC LỤC Trang PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Biểu hiện của KN vận dụng kiến thức vào thực tiễn 20 Bảng 1.2. Mức độ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học 41 Bảng 1.3. Mức độ tổ chức các hoạt động học tập của HS trong dạy học 42 Bảng 1.4. Cơ sở thiết kế các hoạt động học tập cho HS 45 Bảng 1.5. Nguyên nhân gây khó khăn cho việc dạy học phát triển KN VDKT 45 Bảng 1.6. Mức độ mong muốn được học môn Sinh học trong các địa điểm 46 Bảng 1.7. Mức độ thực hiện các hoạt động học tập 47 Bảng 1.8. Mức độ có được KN VDKT vào thực tiễn trong học tập môn Sinh học 49 Bảng 1.9. Mức độ các KN tiến trình KN VDKT vào thực tiễn của HS (%) 50 Bảng 2.1. Mục tiêu chương trình Sinh học cấp THPT theo hướng rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn 55 Bảng 2.2. Các mạch nội dung phần Sinh học tế bào - Sinh học 10 THPT 64 Bảng 2.3. Các mạch nội dung phần Sinh học cơ thể - Sinh học 11 THPT 66 Bảng 2.4. Các VĐTT liên quan đến môn Sinh học cấp THPT 67 Bảng 2.5. Nhiệm vụ và yêu cầu cần đạt của HS trong quy trình rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn 72 Bảng 2.6. Căn cứ để thiết kế VĐTT thành BTTT, DAHT, đề tài NCKH 85 Bảng 2.7. Tiêu chí đánh giá KN VDKT vào thực tiễn 98 Bảng 2.8. Thang đánh giá KN VDKT vào thực tiễn 100 Bảng 2.9. Phiếu đánh giá KN VDKT vào thực tiễn của HS 103 Bảng 2.10. Phiếu tự đánh giá KN VDKT vào thực tiễn của HS 104 Bảng 3.1. Các chủ đề thực nghiệm sư phạm 107 Bảng 3.2. Danh sách giáo viên tiến hành thực nghiệm 108 Bảng 3.3. Đối tượng, thời gian và giáo viên dạy thực nghiệm 109 Bảng 3.4. Thời điểm và công cụ đo mức độ đạt được của KN 111 Bảng 3.5. Kết quả về mức độ các KN tiến trình VDKT vào thực tiễn 113 Bảng 3.6. Bảng tổng hợp kết quả các lần kiểm tra KN VDKT vào thực tiễn 115 Bảng 3.7. Bảng tổng hợp kết quả theo từng lần kiểm tra KN VDKT vào thực tiễn 117 Bảng 3.8. Bảng tổng hợp kết quả các lần kiểm tra KN VDKT vào thực tiễn 118 Bảng 3.9. So sánh kết quả mức độ đạt được về KN VDKT vào thực tiễn của HS qua 5 lần kiểm tra 120 Bảng 3.10. Tổng hợp mức độ phát triển KN của 3 HS nhóm 1 121 Bảng 3.11. Tổng hợp mức độ phát triển KN của 3 HS nhóm 2 122 Bảng 3.12. Tổng hợp mức độ phát triển KN của 3 HS nhóm 3 123 Bảng 3.13. Tổng hợp mức độ phát triển KN của 9 HS cả 3 nhóm 124 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc của KNVDKT vào thực tiễn 20 Hình 1.2. Mức độ sử dụng các địa điểm tổ chức các hoạt động học tập (%) 43 Hình 1.3. Mức độ tham gia của GV và HS trong các hoạt động học tập (%) 44 Hình 1.4. Mức độ thực hiện các nhiệm vụ học tập (%) 48 Hình 1.5. Mức độ có được KN VDKT vào thực tiễn của HS 50 Hình 1.6. Mức độ các KN tiến trình của KN VDKT vào thực tiễn 50 Hình 2.1. Quy trình xác định các vấn đề thực tiễn trong môn Sinh học cấp THPT 62 Hình 2.2. Quy trình rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn 71 Hình 2.3. Quy trình thiết kế công cụ rèn luyện và đánh giá KN VDKT vào thực tiễn 87 Hình 2.4. Đường phát triển KN VDKT vào thực tiễn của HS 101 Hình 2.5. Quy trình đánh giá KN VDKT vào thực tiễn 102 Hình 3.1. Biểu đồ sự phát triển của mỗi KN tiến trình qua quá trình rèn luyện 113 Hình 3.2. Biểu đồ sự phát triển các KN tiến trình VDKT vào thực tiễn 116 Hình 3.3. Biểu đồ kết quả có được của các KN tiến trình qua các lần kiểm tra 118 Hình 3.4. Biểu đồ sự phát triển của KN VDKT vào thực tiễn 119 Hình 3.5. Biểu đồ sự phát triển của KN VDKT vào thực tiễn của 3 HS nhóm 1 121 Hình 3.6. Biểu đồ sự phát triển của KN VDKT vào thực tiễn của 3 HS nhóm 2 122 Hình 3.7. Biểu đồ sự phát triển của KN VDKT vào thực tiễn của 3 HS nhóm 3 123 Hình 3.8. Biểu đồ sự phát triển của KN VDKT vào thực tiễn của 9 HS cả 3 nhóm 124 MỞ ĐẦU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thế kỉ XXI là thế kỉ của nền kinh tế tri thức, con người được xem là nhân tố chính của sự phát triển. “Các cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba và lần thứ tư nối tiếp nhau ra đời, kinh tế tri thức phát triển mạnh đem lại cơ hội phát triển vượt bậc, đồng thời cũng đặt ra những thách thức không nhỏ đối với mỗi quốc gia, nhất là các quốc gia đang phát triển và chậm phát triển. Mặt khác, những biến đổi về khí hậu, tình trạng cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi trường, mất cân bằng sinh thái và những biến động về chính trị, xã hội cũng đặt ra những thách thức có tính toàn cầu”[7]. Để bảo đảm phát triển bền vững, cần phải không ngừng đổi mới giáo dục để trang bị nền tảng tri thức, văn hóa, nâng cao chất lượng nguồn nhân lực nhằm thích ứng với sự phát triển của nhân loại và các biến động của thiên nhiên. Luật giáo dục 2019, khoản 1, điều 30 nêu rõ: “Nội dung giáo dục phổ thông phải bảo đảm tính phổ thông, cơ bản, toàn diện, hướng nghiệp và có hệ thống; gắn với thực tiễn cuộc sống, phù hợp với tâm sinh lý lứa tuổi của học sinh, đáp ứng mục tiêu giáo dục ở mỗi cấp học ”[55]. Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 của Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế đã xác định mục tiêu: "Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho HS. Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng giáo dục lí tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tin học, năng lực và kĩ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Phát triển khả năng sáng tạo, tự học, khuyến khích học tập suốt đời..."[5]. Dạy học không chỉ tập trung vào phát triển kiến thức cho HS mà còn rèn luyện kĩ năng, năng lực. Một trong những kĩ năng người học cần phải có trong cuộc sống là KN vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Để tăng cường việc gắn liền dạy học trong nhà trường với thực tiễn cuộc sống và góp phần hình thành KN vận dụng kiến thức vào thực tiễn và KN nghiên cứu khoa học của HS trung học, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã phát động và tổ chức cuộc thi "Dạy học theo chủ đề tích hợp" dành cho GV và "Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn", cuộc thi "Khoa học kĩ thuật cấp quốc gia" dành cho HS trung học nhằm khuyến khích HS vận dụng kiến thức của các môn học khác nhau để giải quyết các tình huống thực tiễn; tăng cường khả năng vận dụng tổng hợp, khả năng tự học, tự nghiên cứu, khả năng sáng tạo của HS, thúc đẩy việc gắn kiến thức lí thuyết và thực hành trong nhà trường với thực tiễn đời sống; đẩy mạnh thực hiện dạy học theo phương châm "học đi đôi với hành". Môn Sinh học là môn khoa học thực nghiệm, các kiến thức Sinh học gắn liền với thực tiễn đời sống. Tuy nhiên, trong thực tế giảng dạy ở các trường phổ thông hiện nay, hầu hết các GV chỉ chú trọng việc cung cấp kiến thức lí thuyết cho HS, rèn luyện KN làm các bài thi, bài kiểm tra bằng các câu hỏi lí thuyết, trắc nghiệm,... việc rèn luyện KN vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống và giải quyết các vấn đề thực tiễn còn chưa được quan tâm đúng mức, hầu hết HS chưa biết cách làm việc độc lập, làm việc theo nhóm một cách khoa học để lĩnh hội tri thức, chưa được hướng dẫn cũng như làm quen với các phương pháp nghiên cứu khoa học, áp dụng các thành tựu khoa học vào thực tiễn. Do vậy, trong giảng dạy các môn học ở trong trường phổ thông nói chung và trong dạy môn Sinh học nói riêng việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển tư duy sáng tạo cho HS là vô cùng quan trọng, đặc biệt là kĩ năng vận dụng kiến thức Sinh học, kiến thức tích hợp liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: "Phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT" làm hướng nghiên cứu của luận án, với mong muốn góp một phần nhỏ vào việc đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu của xã hội. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trên cơ sở nghiên cứu KN, xác định khái niệm và cấu trúc KN VDKT vào thực tiễn; xây dựng và sử dụng quy trình, công cụ nhằm rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức môn học. 3. KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học môn Sinh học ở cấp THPT. 3.2. Đối tượng nghiên cứu: KN VDKT vào thực tiễn, quy trình và công cụ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT. 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu xác định được cấu trúc KN VDKT vào thực tiễn của HS và xây dựng, sử dụng quy trình, công cụ rèn luyện KN đó trong dạy học Sinh học cấp THPT thì sẽ phát triển được KN VDKT vào thực tiễn cho HS, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức môn học. 5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1) Nghiên cứu cơ sở lí luận về: KN VDKT vào thực tiễn; Dạy học theo hướng rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của HS nói chung và trong dạy học Sinh học cấp THPT nói riêng; VĐTT trong dạy học và phương pháp tổ chức dạy học VDKT vào thực tiễn trong dạy học Sinh học cấp THPT. 2) Điều tra thực trạng về KN VDKT vào thực tiễn của HS THPT và việc dạy học Sinh học cấp THPT theo hướng rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn. 3) Phân tích mục tiêu, cấu trúc chương trình Sinh học THPT; đề xuất quy trình xác định các VĐTT trong dạy học và vận dụng quy trình xác định các VĐTT liên quan trong dạy học Sinh học THPT. 4) Nghiên cứu, xây dựng khái niệm, cấu trúc, quy trình và công cụ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học. 5) Xây dựng các tiêu chí, công cụ đánh giá KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học Sinh học THPT. 6) Tiến hành thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết nghiên cứu. 6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Nhóm phương pháp nghiên cứu lí thuyết được sử dụng trong việc thu thập tư liệu, nghiên cứu các vấn đề lí luận làm cơ sở khoa học cho nội dung nghiên cứu. Nhóm phương pháp này bao gồm các phương pháp tổng hợp, phân tích, hệ thống hóa các văn bản của Đảng, pháp luật Nhà nước có liên quan đến công tác giáo dục và đào tạo, các luận điểm khoa học của các chuyên ngành liên quan như tâm lí học, lí luận dạy học, giáo dục học, phương pháp dạy học, chương trình giáo dục phổ thông, SGK, sách giáo viên, tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài. Các phương pháp này cũng được sử dụng để nghiên cứu về VĐTT, KN, KN VDKT vào thực tiễn, các biện pháp sư phạm phát triển cho học sinh KN VDKT vào thực tiễn trong dạy học môn Sinh học, dựa vào đó tổng hợp hệ thống lí luận phù hợp làm cơ sở đề xuất các giải pháp dạy học hiệu quả. 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn gồm các phương pháp quan sát, điều tra, thực nghiệm, thống kê, tổng hợp ý kiến, phân tích đánh giá dựa trên kết quả khảo sát thực tiễn qua phiếu điều tra trực tiếp GV và HS, dự giờ, các buổi hội thảo khoa học về đổi mới PPDH, tập huấn cho GV, Nội dung của điều tra cơ bản được thực hiện thông qua việc thiết kế các bài kiểm tra, phiếu điều tra cho từng nhóm đối tượng. Mục đích của nhóm phương pháp này là thu thập thông tin, tìm hiểu và đánh giá thực trạng vấn đề rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT. Từ phân tích kết quả nghiên cứu thực tiễn nhằm tìm ra nguyên nhân thực trạng, nghiên cứu đề xuất quy trình, công cụ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS. 6.3. Phương pháp tham vấn chuyên gia Trao đổi, xin ý kiến của các nhà nghiên cứu, chuyên gia về cấu trúc KN VDKT vào thực tiễn, quy trình rèn luyện KN; quy trình thiết kế, sử dụng các bài tập thực tiễn, dự án dạy học, đề tài nghiên cứu khoa học; các tiêu chí và công cụ đánh giá KN VDKT vào thực tiễn. Quá trình xin ý kiến bao gồm: trao đổi trực tiếp qua phỏng vấn, sinh hoạt chuyên môn; qua các buổi hội thảo, xemina, báo cáo chuyên đề. Dựa trên ý kiến góp ý của các chuyên gia, chúng tôi đã chỉnh sửa và hoàn thiện các nội dung nghiên cứu. 6.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá hiệu quả của quy trình và công cụ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học môn Sinh học cấp THPT. Quá trình thực nghiệm được tiến hành theo hai giai đoạn: Thực nghiệm khảo sát và thực nghiệm chính thức. Trong quá trình TN, chúng tôi đã phối hợp với một số GV THPT có kinh nghiệm ở các trường phổ thông với tư cách là cộng tác viên, để trao đổi, tư vấn chuẩn bị và tổ chức thực nghiệm. Đề tài đã sử dụng phương pháp thực nghiệm tác động [9] và đánh giá sự phát triển về KN VDKT vào thực tiễn của HS sau khi được rèn luyện. Chúng tôi sử dụng cùng một phiếu đánh giá và cùng một thang đánh giá KN để đánh giá kết quả rèn luyện các KN tiến trình và KN tổng hợp trước, trong và sau TN. 6.5. Phương pháp xử lí kết quả bằng thống kê toán học Các thông tin, số liệu có tính chất định lượng trong quá trình đánh giá KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học Sinh học cấp THPT được xử lí trong phần mềm Excel, SPSS. Các thông tin định tính như môi trường học tập, thái độ học tập của HS được quan sát, ghi chép và đối chiếu với các nguồn tài liệu khác nhau để rút ra kết luận có chất lượng khoa học. 7. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7.1. Giới hạn nội dung nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu cơ sở lí luận của VĐTT, KN VDKT vào thực tiễn, quy trình, công cụ rèn luyện, công cụ kiểm tra đánh giá KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học Sinh học cấp THPT. 7.2. Giới hạn địa bàn nghiên cứu Luận án được triển khai nghiên cứu, khảo sát thực trạng trên 302 GV đang giảng dạy Sinh học cấp THPT ở các vùng miền khác nhau (gồm GV của 7 tỉnh Hà Tĩnh, Nghệ An, Trà Vinh, Long An, Bến Tre, Cần Thơ, Yên Bái); khảo sát 820 HS ở 8 trường THPT và tiến hành thực nghiệm tại 6 trường THPT ở các vùng miền khác nhau của tỉnh Hà Tĩnh (Xem phụ lục 15, 16). 8. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI 1) Xây dựng được cơ sở lí luận về dạy học Sinh học cấp THPT theo hướng rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS. 2) Điều tra và đánh giá được thực trạng về rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn trong dạy học Sinh học cấp THPT. 3) Đề xuất được quy trình xác định các VĐTT trong dạy học và vận dụng quy trình xác định được các VĐTT trong dạy học Sinh học THPT. 4) Đề xuất được nguyên tắc, quy trình rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học. 5) Xác định được quy trình và thiết kế được công cụ nhằm rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học Sinh học bao gồm 3 nhóm công cụ: bài tập thực tiễn, dự án học tập và đề tài nghiên cứu khoa học. 6) Thiết kế được các tiêu chí và công cụ đánh giá KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học Sinh học cấp THPT. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Trong chương này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lí thuyết nhằm thu thập, nghiên cứu và phân tích nội dung các tài liệu liên quan đến đề tài, tổng quan vấn đề nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam về KN VDKT vào thực tiễn; xây dựng các khái niệm cốt lõi liên quan đến luận án: kĩ năng, vận dụng kiến thức, thực tiễn, KN VDKT vào thực tiễn, VĐTT trong dạy học; xác định các VĐTT liên quan môn Sinh học cấp THPT trên thế giới, ở Việt Nam và tại tỉnh Hà Tĩnh; xác định cấu trúc, vai trò, công cụ, quy trình rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT. Ngoài ra, chúng tôi nghiên cứu cơ sở thực tiễn thông qua phiếu điều tra, khảo sát thực trạng rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của HS trong dạy học Sinh học cấp THPT. 1.1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về rèn luyện KN và KN VDKT vào thực tiễn trong dạy học trên thế giới Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về dạy học rèn luyện KN cho HS, nhìn chung các quan điểm đều thống nhất gắn KN với các thao tác, hành động thực tiễn. Nghiên cứu về dạy học phát triển KN cho HS trên thế giới có thể chia ra làm hai khuynh hướng khác nhau: Thứ nhất, theo hướng nghiên cứu xem xét KN nghiêng về mặt kĩ thuật hành động tức là coi KN là cách thức thực hiện hành động phù hợp với mục đích và điều kiện của hành động mà con người đã nắm vững. Theo khuynh hướng này có các tác giả như V.A. Kruchexki, A.G. Coovaliôp, P.A. Ruđich, M.A. Đanilôp và M.N. Xcatkin... Cụ thể, V.A.Kruchexki xem “KN là phương thức thực hiện hoạt động, những cái mà con người đã nắm vững” [63]. A.G. Coovaliôp (1971) xem “KN là phương thức thực hiện hành động phù hợp với mục đích và điều kiện của hành động”. P.A. Ruđich đưa ra định nghĩa “KN là động tác mà cơ sở của nó là sự vận dụng thực tế các kiến thức đã tiếp thu để đạt được kết quả trong một số hình thức hoạt động cụ thể”. M.A. Đanilôp và M.N. Xcatkin (1980) quan niệm rằng: "KN bao giờ cũng xuất phát từ kiến thức, KN chính là kiến thức trong hành động. KN là khả năng của con người biết sử dụng một cách có mục đích và sáng tạo những kiến thức"[17],... Thứ hai, theo hướng nghiên cứu xem xét KN nghiêng về góc độ NL của con người. Theo quan niệm này thì KN vừa có tính ổn định, vừa có tính mềm dẻo, linh hoạt, sáng tạo và có tính mục đích. Theo khuynh hướng này có các tác giả L.Đ. Lêvitôp, A.V. Petrovski, K.K. Platônôp, I.F. Kharlamop,... Cụ thể, L.Đ. Lêvitôp cho rằng “KN là sự thực hiện có kết quả một hành động nào đó hay một hoạt động phức tạp hơn bằng cách lựa chọn và áp dụng những cách thức đúng đắn có tính đến điều kiện nhất định”. Theo A.V. Petrovxki (1982) “KN là NL sử dụng các dữ kiện, các tri thức hay khái niệm đã có, vận dụng chúng để phát hiện những thuộc tính bản chất của các sự vật và giải quyết thành công những nhiệm vụ lí luận hay thực hành xác định”[2]. Theo A.V. Petrovski (1982), KN là cách thức hành động dựa trên cơ sở tri thức và được hình thành thông qua luyện tập, tạo khả năng cho con người phản ứng được không chỉ trong điều kiện quen thuộc mà cả trong điều kiện mới phát sinh [1]. Theo K.K. Platônôp (1977) cho rằng: “Cơ sở tâm lí của KN là sự thông hiểu mối liên hệ giữa mục đích, các điều kiện và phương thức hành động” [40]. Theo I.F. Kharlamop (1979), KN là NL của HS có thể hoàn thành những hành động nào đó gắn liền với việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Còn kĩ xảo được coi là KN thành thạo, đạt tới mức tự động hóa và đặc trưng bởi một trình độ hoàn hảo nhất định [40], Trong nghiên cứu của chúng tôi thiên về hướng thứ 2, xem KN VDKT vào thực tiễn là một KN phức hợp như là NL, nó không đơn thuần chỉ là một thao tác lặp đi lặp lại mà là một chuỗi các thao tác nối tiếp nhau (KN tiến trình) nhằm giải quyết VĐTT. Trong hướng nghiên cứu rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn trong dạy học, trên thế giới cũng đã có một số tác giả quan tâm nghiên cứu ở nhiều góc độ khác nhau. Nhà giáo dục lỗi lạc J.A.Comenxky (1592 - 1670 của Tiệp khắc cũ) khuyến khích cách học thực hành và tư duy lí luận để giải quyết những vấn đề mà bài toán đặt ra và những vấn đề phát sinh trong thực tiễn. Ông cho rằng: “người thầy phải làm thế nào để HS thích thú học tập và có những cố gắng để tự nắm lấy tri thức”. Ông luôn chủ động hướng tới người học như kích thích HS quan sát độc lập, độc lập trong đàm thoại và chủ động trong các việc thực tế [3]. Jean Jacques Rousseau (1712 - 1778) đã phát triển các tư tưởng về giáo dục của J. A Komensky thêm một bước thành tư tưởng “Giáo dục tự do". Khi bàn về mục đích của giáo dục ông đã đưa ra nhiều quan điểm mới về giáo dục và cuối cùng ông đi đến kết luận: “Vấn đề không phải là dạy cho nó chân lý, mà là chỉ cho nó cách làm sao để lúc nào cũng có thể khám phá chân lý” [18]. Những tư tưởng "Giáo dục tự do" của Rousseau đã ảnh hưởng sâu sắc tới quan điểm “Giáo dục thực dụng" của John Dewey (1859 - 1952) [39]. Ông cho rằng: “giáo dục là một tiến trình của sự sống, chứ không phải là sự chuẩn bị cho cuộc sống!" và "ý tưởng là kết quả của hành động!". Với triết lí giáo dục đề cao vai trò của kinh nghiệm, John Dewey cũng chỉ ra rằng, những kinh nghiệm có ý nghĩa giáo dục giúp nâng cao hiệu quả giáo dục bằng cách kết nối người học và những kiến thức được học với thực tiễn. Nhà giáo dục Xô Viết A.X.Makarenkô (1976) đã nói “khoa học sư phạm và đặc biệt là lí thuyết về giáo dục trước hết là một khoa học có mục đích thực tiễn” [46]. Makarenkô coi trọng giáo dục tập thể, chú trọng “giáo dục lao động”, gắn việc học với lao động sản xuất. Tác giả N. D.Lêvitôv (1983) quan niệm, KN không chỉ là nắm được lí thuyết về cách thức hành động mà còn bao hàm khả năng vận dụng nó vào thực tế [42]. Tác giả Geoffrey Petty (2009) trong quan điểm giáo dục cho HS theo hướng VDKT vào thực tiễn cho rằng: “Học qua thực hành tốt hơn qua quan sát hoặc nghe bởi lẽ thực hành giúp người học có điều kiện để củng cố và hiệu chỉnh những kiến thức và KN đang học” [65]. Những năm gần đây, giáo dục STEM phát triển mạnh mẽ hướng tới dạy học giải quyết các VĐTT, phù hợp với xu thế trong thời đại phát triển cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (công nghệ 4.0). Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Hoa Kỳ (NSF) vào năm 2001 [70]. Ban đầu thuật ngữ STEM được viết “STEM fields” xuất hiện trong các văn bản về ngân sách đầu tư trong giáo dục và vấn đề cấp visa cho dân nhập cư tại Mỹ [66], [71], về sau STEM được viết đi kèm theo các thuật ngữ khác như “STEM education” (giáo dục STEM), “STEM workforce” (nguồn nhân lực trong lĩnh vực STEM), “STEM learnning” (học trong lĩnh vực STEM), Kể từ đó, chương trình giảng dạy STEM đã được mở rộng đến nhiều nước ngoài Hoa Kỳ, với các chương trình phát triển ở những nơi như Úc, Trung Quốc, Pháp, Hàn Quốc, Đài Loan, Vương Quốc Anh. Nền tảng của Giáo dục STEM chính là Giáo dục Khoa học (Science education). Chính giáo dục khoa học là lĩnh vực đã đề xuất ra các chương trình giáo dục STEM hiện nay [72]. Tại Mỹ, giáo dục khoa học được xem là ngành khoa học nghiên cứu cơ bản và nền tảng. Hiệp hội các GV dạy khoa học Quốc gia Mỹ (National Science Teachers Asociation - NSTA) đã đề xuất khái niệm giáo dục STEM như sau: “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó HS được áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào trong các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các NL trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh tế mới” [76]. Từ cách định nghĩa trên, có thể thấy giáo dục STEM đã tiếp cận liên ngành, lồng ghép bài học trong thế giới thực thể hiện tính thực tiễn và tính VDKT trong giải quyết các VĐTT. Giáo dục STEM là giáo dục tích hợp, lồng ghép hài hòa từ 4 nhóm KN: KN khoa học, KN công nghệ, KN kĩ thuật và KN toán học tạo sự kết nối từ trường học, cộng đồng đến các tổ chức toàn cầu. Như vậy, trên thế giới đã có khá nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu dạy học hướng tới việc rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS ở các khía cạnh, mức độ và lĩnh vực khác nhau. Các tác giả nhìn chung đều có quan điểm hướng tới mục tiêu của giáo dục là VDKT đã học vào thực tiễn đời sống trong các hoàn cảnh khác nhau. Các nghiên cứu cụ thể đó đã xây dựng được hệ thống lí luận cơ bản, rất cần thiết cho việc phát triển các nghiên cứu về PPDH rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn ở Việt Nam. 1.1.2. Tổng quan về nghiên cứu rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn trong dạy học ở Việt Nam Ở Việt Nam, dạy học theo hướng hình thành và phát triển KN VDKT vào thực tiễn cho HS từ lâu đã trở thành mục tiêu các nhà giáo dục hướng tới. Trong dạy học, việc người dạy đưa các VĐTT vào bài học và đưa các nội dung bài học gắn với thực tiễn đời sống đã được nhiều tác giả nghiên cứu ở các khía cạnh khác nhau. Nhiệm vụ của người học cần phải giải quyết có thể là các vấn đề thực tiễn, tình huống thực tiễn, bài tập thực tiễn, bài thực hành, đề tài khoa học,... Đại hội đại biểu toàn Quốc lần thứ IV của Đảng đã nêu “thực hiện cuộc cải cách giáo dục sâu rộng trong cả nước theo hướng kết hợp nhà trường với xã hội, kết hợp giáo dục với lao động, đưa giáo dục kĩ thuật vào chương trình phổ thông, phát triển hình thức vừa học vừa làm” [4]. Kết hợp lí luận với thực tiễn không chỉ là Nguyên tắc dạy học mà còn là Quy luật cơ bản của việc dạy học và giáo dục của chúng ta. Hồ Chủ Tịch trong bài nói chuyện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội ngày 21/10/1964 đã nói: "Các cháu HS không nên học gạo, không nên học vẹt,... Học phải suy nghĩ, phải liên hệ với thực tế, phải có thí nghiệm và thực hành. Học và hành phải kết hợp với nhau" [79]. Đồng chí Trường Chinh cũng đã nêu: "Dạy tốt... là khi giảng bài phải liên hệ với thực tiễn, làm cho HS dễ hiểu, dễ nhớ và có thể áp dụng điều mình đã học vào công tác thực tiễn được. Bằng đồ dùng để dạy, chỉ cho HS thấy tận mắt, sờ tận tay,...", "Học tốt... là HS phải gắn liền với hành, với lao động". Trong hướng nghiên cứu phát triển KN và NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong dạy học, chúng tôi nhận thấy rằng ở Việt Nam cũng đã có một số tác giả quan tâm nghiên cứu ở nhiều góc độ khác nhau. Các tác giả Kim Tùng Thọ và Mao Thụy Văn (1963) trong cuốn sách Vận dụng linh hoạt tri thức khoa học cho rằng: “Muốn vận dụng kiến thức khoa học một cách linh hoạt để giải quyết các vấn đề thực tế, chủ yếu có mấy điều cần phải chú ý sau đây” [57]: 1) Nắm vững các nguyên lí khoa học cơ bản; 2) Biết liên hệ các kiến thức với nhau, hiểu một biết mười; 3) Vận dụng một cách linh hoạt cùng một nguyên lí hoặc phương pháp vào nhiều trường hợp khác nhau; 4) Tập cho mình có một năng khiếu quan sát nhạy bén, chính xác và giàu trí tưởng tượng khoa học; 5) Học tập công nông, học tập kinh nghiệm tiên tiến của người khác; 6) Suy nghĩ kĩ lưỡng và làm việc cần cù; 7) Điểm quan trọng nhất: đó là thế giới quan khoa học duy vật và nhân sinh quan hiến thân cho sự nghiệp xã hội chủ nghĩa. Các tác giả Trần Bá Hoành, Trịnh Nguyên Giao (2007) [29], cũng đã phân biệt KN và NL. Theo tác giả, KN là khả năng vận dụng những tri thức thu nhận được trong một lĩnh vực nào đó vào thực tiễn. KN có tính riêng lẻ, cụ thể, còn NL có tính tổng hợp khái quát. Các tác giả cũng cho rằng, KN và NL đều là sản phẩm của quá trình đào tạo, rèn luyện (bao gồm cả tự đào tạo, tự rèn luyện) và trong dạy học cần tạo nhiều cơ hội để hình thành và phát triển KN cho HS bằng cách đa dạng hóa các hoạt động trong dạy học. Trong dạy học Sinh học cần phát triển cho HS các NL nhận thức và NL hành động. Để làm được điều đó, GV cần phải có NL hướng dẫn gợi mở, tổ chức cho HS phát hiện vấn đề, giải quyết vấn đề bằng tư duy trừu tượng và cả bằng hoạt động thực tiễn. Các tác giả Nguyễn Hoàng Trí và cộng sự (2010) [60] trong tài liệu “Dạy học từ thực tế địa phương trong các hoạt động ngoài giờ lên lớp”, Nguyễn Phúc Chỉnh và cộng sự (2011) [11] trong nghiên cứu “Hình thành NL dạy học tích hợp cho GV THPT” đều cho rằng dạy và học dựa trên giải quyết các vấn đề thực tế ở địa phương giúp nâng cao chất lượng học tập của HS, phát huy khả năng sử dụng và vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thường gặp trong cuộc sống. PPDH này có nhiều hình thức khác nhau như: tham quan, ngoại khóa, dã ngoại, nhưng đều có điểm chung là học tại thực địa, là nơi diễn ra các hoạt động thực tế của địa phương liên quan đến nội dung bài học. Nhóm tác giả Nguyễn Thị Thanh, Hoàng Thị Phương, Trần Trung Ninh (2014) [56] đã nghiên cứu về “Phát triển NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS thông qua việc vận dụng lí thuyết kiến tạo vào việc dạy học Hóa học”. Nhóm tác giả đã đưa ra khái niệm “NL vận dụng kiến thức của HS là khả năng của bản thân người học huy động, sử dụng những kiến thức, KN 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. NL vận dụng kiến thức thể hiện phẩm chất, nhân cách của con người trong quá trình hoạt động để thỏa mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức”. Các tác giả Phạm Văn Hoan, Hoàng Đình Xuân (2016) [27] cho rằng NL VDKT...ễn theo một tiến trình có mục đích rõ ràng, qua đó rèn luyện và phát triển được KN VDKT vào thực tiễn cho HS. Để giải quyết VĐTT trong dạy học, GV có thể định hướng cho HS nhiều phương pháp khác nhau, trong nghiên cứu này, tùy thuộc vào mức độ yêu cầu, thời lượng, địa điểm, hình thức tổ chức dạy học, chúng tôi định hướng cho HS 3 phương pháp để giải quyết VĐTT trong dạy học gồm: phương pháp nghiên cứu tài liệu; phương pháp thực nghiệm nghiên cứu; giáo dục STEM. 1.2.3.1. Phương pháp 1: Nghiên cứu tài liệu (NCTL) Tác giả Vũ Cao Đàm (2008) cho rằng: Mục đích của NCTL là nhằm tìm hiểu lịch sử nghiên cứu, kế thừa thành tựu của những người đi trước đã làm, không phải mất thời gian lặp lại những công việc mà những người đi trước đã làm [16]. Trong quá trình NCTL, HS có thể tìm hiểu thông tin trong tài liệu giáo khoa, tạp chí, các báo cáo khoa học, thông tin trên mạng Internet,... để tìm minh chứng, dẫn chứng, cơ sở khoa học để giải thích VĐTT liên quan. NCTL là một phương pháp rất phổ biến trong dạy học, là công việc quan trọng và cần thiết cho bất kỳ hoạt động NCKH nào. NCTL giúp HS có thêm kiến thức, hiểu biết rộng, sâu hơn về VĐTT đang nghiên cứu, làm cơ sở lí luận để tiến hành các phương pháp nghiên cứu khác. 1.2.3.2. Phương pháp 2: Thực nghiệm nghiên cứu (TNNC) Tác giả Trương Xuân Cảnh (2015) cho rằng: thực nghiệm được hiểu là quá trình thu thập, phân tích thông tin để kiểm chứng cho một giả thuyết khoa học đã được đặt ra. Thực nghiệm có thể được thực hiện bằng việc nghiên cứu, tổng hợp, phân tích các tài liệu, các bằng chứng thu được; theo dõi, quan sát các sự vật, hiện tượng vốn có trong tự nhiên hoặc tiến hành các thí nghiệm [10]. Trong quá trình dạy học, để giải quyết VĐTT dưới dạng các DAHT, đề tài NCKH thì HS cần phải sử dụng phương pháp TNNC. TNNC không chỉ giúp HS tự mình chiếm lĩnh, củng cố tri thức mà còn giúp HS rèn luyện, phát triển KN VDKT vào thực tiễn và thích ứng linh hoạt trong cuộc sống. Thông qua các HĐTN, TNNC làm cho HS yêu thích môn học hơn và như vậy việc hình thành kiến thức, rèn luyện KN, thái độ cho HS được tích hợp nhuần nhuyễn trong mối quan hệ nhân quả. Trong nghiên cứu này, phương pháp TNNC chúng tôi sử dụng chủ yếu trong tổ chức thực hiện các DAHT, HS tiến hành các điều tra, khảo sát thực trạng, quan sát, làm một số thí nghiệm để giải quyết VĐTT liên quan. 1.2.3.3. Phương pháp 3: Giáo dục STEM Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Tùy theo bối cảnh, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau. Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao. Còn tại Mỹ, ba mục tiêu cơ bản cho giáo dục STEM là: trang bị cho tất cả các công dân những kĩ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối đa tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM. Tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc phát triển một nền kinh tế cho thế kỉ 21,[54]. Như vậy, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau nhưng đều hướng tới sự tác động đến người học, hướng tới VDKT các môn học để giải quyết các VĐTT nhằm đáp ứng các mục tiêu giáo dục. Giáo dục STEM là giáo dục tích hợp, theo cách tiếp cận liên môn (interdisciplinary) nhằm trang bị cho người học những kiến thức, KN liên quan đến (các lĩnh vực) Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, thay vì dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tiễn. Theo chúng tôi, giáo dục STEM với rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn có mối quan hệ gắn kết với nhau. VDKT vào thực tiễn là mục tiêu hướng tới của quá trình dạy học, góp phần hình thành NL chung theo chuẩn đầu ra chương trình GDPT. Người học có thể sử dụng các cách như: NCTL, TNNC, giáo dục STEM, để giải quyết VĐTT. Như vậy, mô hình STEM là một trong các cách để giải quyết các VĐTT. Về mục tiêu, giáo dục STEM nhằm trang bị cho mỗi người học những kiến thức, sự hiểu biết về các khái niệm và quan trọng là KN tư duy đến từ việc trải nghiệm các nội dung thuộc giáo dục STEM. Trong quá trình dạy học, giáo dục STEM đảm bảo gắn khoa học với giải quyết VĐTT, tạo được sự liên hệ giữa lí thuyết với thực tiễn, “học đi đôi với hành”, nhà trường gắn liền với xã hội. Ứng dụng STEM có thể giải quyết VĐTT có hiệu quả trong các tình huống quen thuộc và cả các tình huống có thêm yếu tố mới (các tình huống đa dạng phức tạp khác của cuộc sống). HS được đặt vào vị trí của một nhà khoa học, nhà phát minh, phải thực sự hiểu kiến thức, biết cách mở rộng, liên kết kiến thức, biết VDKT một cách linh hoạt phù hợp với tình huống thực tiễn có vấn đề mà HS đang phải giải quyết. Trong nghiên cứu này, phương pháp giáo dục STEM được sử dụng chủ yếu trong tổ chức HS thực hiện các đề tài NCKH, HS ngoài các nhiệm vụ điều tra, khảo sát thực trạng, còn phải tự tìm ra vấn đề mới, biểu hiện sáng tạo, thiết kế được sơ đồ, bản vẽ, mô hình, đề xuất các giải pháp thiết kế mới, VDKT được học để GQVĐ mới, tình huống mới trong thực tiễn. Mức cao hơn, HS còn có thể lập được nhiều phương án giải quyết cho một VĐTT và mang lại kết quả tối ưu. 1.2.4. Định hướng một số biện pháp để rèn luyện và đánh giá KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT Để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học cấp THPT, GV cần đặt HS vào các tình huống thực tiễn, thông qua giải quyết các tình huống này, HS vừa chiếm lĩnh kiến thức, đồng thời rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn. Trong dạy học Sinh học cấp THPT, để giải quyết được các VĐTT liên quan, GV có thể sử dụng đa dạng các PPDH với các cách xây dựng và tổ chức giải quyết VĐTT khác nhau. Trong nghiên cứu này, trên cơ sở mục tiêu, nội dung, mức độ nhận thức và phương pháp tổ chức dạy học khác nhau, chúng tôi định hướng sử dụng ba biện pháp để rèn luyện và đánh giá KN VDKT vào thực tiễn như sau: 1.2.4.1. Sử dụng bài tập thực tiễn Khái niệm bài tập thực tiễn Theo từ điển Tiếng Việt (Hoàng Phê, 2003): bài tập là bài ra cho HS làm để tập vận dụng những điều đã học [52, tr.27]. Theo tác giả Nguyễn Ngọc Quang (1986): “Bài tập là bài ra cho HS làm để vận dụng những điều đã học nhằm hình thành kiến thức mới, củng cố, hoàn thiện, nâng cao kiến thức đã học” [53]. Như vậy, bài tập chính là một nhiệm vụ trong học tập mà GV yêu cầu HS thực hiện để giải quyết một tình huống nào đó. BTTT được hiểu là một nhiệm vụ, yêu cầu HS cần thực hiện để giải quyết VĐTT. Trong nghiên này, chúng tôi sử dụng khái niệm BTTT của tác giả Lê Thanh Oai (2016): “BTTT là dạng bài tập xuất phát từ các tính huống thực tiễn, được giao cho HS thực hiện để vận dụng những điều đã học nhằm thành kiến thức mới, hoặc củng cố, hoàn thiện, nâng cao kiến thức đã học đồng thời phát triển NL cho người học” [49]. Vai trò của BTTT trong trong rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn BTTT là công cụ dạy học đóng vai trò rất quan trọng trong quy trình rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS. Nếu GV thiết kế và sử dụng các BTTT để dạy học một cách phù hợp sẽ mang lại các vai trò sau: - Là công cụ phổ biến, dễ sử dụng để rèn luyện các KN tiến trình của KN VDKT vào thực tiễn ở các mức độ khác nhau. - Có thể gắn kiến thức bài học với các hiện tượng trong đời sống con người, với tự nhiên, môi trường và thực tiễn sản xuất. - Có thể tạo tình huống trong dạy học, tạo hứng thú, tò mò muốn tìm hiểu của HS trong học tập. HS sẽ hào hứng hơn, tích cực hơn khi được đặt vào trong bối cảnh thực tiễn của cuộc sống. - Giúp HS củng cố, khắc sâu kiến thức đã học; góp phần hình thành và phát triển cho HS NL thu thập và xử lí thông tin, NL giải quyết vấn đề, NL sáng tạo, đặc biệt là rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS. - Giúp HS hiểu biết hơn về thiên nhiên, môi trường sống, từ đó góp phần giáo dục các hành vi đúng đắn nhằm bảo vệ môi trường, yêu quê hương, đất nước. Yêu cầu của BTTT để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS BTTT trong dạy học Sinh học vừa là công cụ, vừa là mục đích, nội dung, phương tiện, phương pháp để tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học Sinh học, rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn, phát triển tư duy khoa học, tạo hứng thú học tập và thái độ nghiêm túc trong khoa học. Trên cơ sở phân tích vai trò của BTTT, chúng tôi khái quát một số yêu cầu của BTTT để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS như sau: Bám sát mục tiêu rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học. Yêu cầu quan trọng nhất của BTTT rèn luyện và đánh giá KN VDKT của HS là các câu hỏi/bài tập trong BTTT liên quan đến các KN tiến trình của KN VDKT vào thực tiễn. Ví dụ: để rèn luyện cho HS KN phát hiện vấn đề, có thể đặt ra câu hỏi: Vấn đề đang được đề cập trong đoạn thông tin trên là gì? Hãy nêu ra mâu thuẫn trong tình huống trên? Hãy nêu các câu hỏi về vấn đề đang được bàn luận trong đoạn thông tin trên?,... Có bối cảnh xuất phát từ tình huống thực tiễn, cung cấp thông tin, tạo tình huống có vấn đề; tạo nên tính hấp dẫn, kích thích tò mò, muốn khám phá, kích thích tư duy giải quyết vấn đề của HS. Đảm bảo tính sư phạm, phù hợp với đặc điểm tâm lí, lứa tuổi của HS THPT. BTTT phải được xây dựng theo các mức độ từ dễ đến khó, từ đơn giản đến những bài tập vận dụng phức tạp, ở mức cao nhất là những bài tập đòi hỏi sự sáng tạo. Hệ thống BTTT tập trung giải quyết các kiến thức, KN trọng tâm của bài học, phù hợp với thời gian và không gian trên lớp học. GV có thể thiết kế các BTTT bằng cách yêu cầu HS tự xác định các VĐTT và tự giải quyết các VĐTT đó. Ví dụ: Khi dạy chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật”, Sinh học 11, GV có thể sử dụng BTTT sau: Đọc thông tin sau và trả lời câu hỏi: Hương Khê “ruộng nẻ, chè khô”. Nguyên nhân và hậu quả. Tháng 6/2015, ở Hương Khê, Hà Tĩnh có ngày nhiệt độ ngoài trời lên tới 41-420C, nhiều người dân khiếp đảm, tưởng mình sắp bị “hỏa thiêu”, ruộng nẻ, giếng cạn, cây héo úa, đặc biệt không ít đồi chè xanh trùng điệp bị nắng lửa thiêu cháy. Ai đã từng tới Hương Trà, huyện Hương Khê, tỉnh Hà Tĩnh chắc hẳn sẽ rất thích thú khi nhìn những cánh đồng chè xoáy trôn ốc, chạy dài tít tắp dưới bầu trời xanh bao la. Người dân nơi đây tự hào về vựa chè lớn nhất Hà Tĩnh. Hương Trà đã được quy hoạch 192 ha đất trồng chè với 2 loại giống chủ lực là PH1 và VDP2 mang lại hàng chục triệu đồng mỗi năm cho các hộ nông dân. Song trận hạn thế kỷ năm 2015 xẩy ra trên đất Hương Khê khiến cả người dân và nông trường một phen điêu đứng, đã làm cháy mất 50 ha, nếu nắng nóng kéo dài, diện tích chè cháy sẽ lớn hơn nhiều. (Nguồn: https://baohatinh.vn/xa-hoi/chao-lua-giua-mien-trung-bai-4-huong-khe-ruong-ne-che-kho/97383.htm) Câu hỏi Kĩ năng tiến trình 1) Vấn đề được đề cập trong đoạn thông tin trên là gì? 2) Nguyên nhân có thể làm xuất hiện vấn đề trên? 3) Hãy nêu các câu hỏi liên quan đến vấn đề trong đoạn thông tin trên? A. Phát hiện vấn đề thực tiễn 4) Vấn đề trên liên quan đến nội dung kiến thức nào? 5) Trọng tâm cần giải quyết của vấn đề trên là gì? 6) Hãy nêu một giả thuyết của em về vấn đề này? B. Nêu giả thuyết khoa học 7) Để trả lời các câu hỏi liên quan đến vấn đề trên, cần có kiến thức, kĩ năng nào liên quan? 8) Hãy sắp xếp các kiến thức, kĩ năng đó theo thứ tự tiến trình một cách hợp lí. C. Tìm tòi, huy động kiến thức liên quan vấn đề thực tiễn 9) Theo em, có các biện pháp nào làm giảm sự khô héo của chè? 10) Vấn đề trên ảnh hưởng như thế nào đến năng suất, chất lượng sản phẩm chè? D. Giải quyết vấn đề thực tiễn 11) Hãy nêu kết luận về các nguyên nhân có thể có của vấn đề trên? 12) Hãy nêu một số vấn đề thực tiễn khác liên quan đến vấn đề trên? E. Báo cáo kết quả, rút ra kết luận 1.2.4.2. Sử dụng dự án học tập (DAHT) Khái niệm DAHT Theo Michael Knoll (1997) [69]: Có hai mô hình cơ bản của phương pháp dạy học dự án đã được phát triển từ thế kỉ XIX nhưng vẫn được sử dụng đến ngày nay, đó là: Mô hình 1: HS tìm hiểu nội dung chương trình học. GV giảng dạy những tri thức cần thiết. HS áp dụng tri thức, KN đã học vào thực hiện một DAHT. Mô hình 2: GV sắp xếp lại lại nội dung các bài học thành một chủ đề hấp dẫn, thú vị, gần với cuộc sống thực tế, phù hợp với tâm lí lứa tuổi. Quá trình dạy học không đi trước dự án mà được tích hợp vào quá trình cùng HS giải quyết vấn đề mà dự án đặt ra. Theo Nguyễn Văn Cường (1997) [14]: “Dạy học dự án hay dạy học theo dự án là một hình thức dạy học, trong đó HS dưới sự điều khiển và giúp đỡ của GV tự lực giải quyết một nhiệm vụ học tập mang tính phức hợp không chỉ về mặt lí thuyết mà đặc biệt về mặt thực hành, thông qua đó tạo ra các sản phẩm thực hành có thể giới thiệu, công bố được”. Theo Hà Thị Thúy (2015) [58]: “Dạy học theo dự án là phương pháp dạy học trong đó người học thực hiện một nhiệm vụ học tập để giải quyết một vấn đề thực tiễn có liên quan đến nội dung học tập trong chương trình giáo dục, chủ động lập kế hoạch và vận dụng kiến thức tổng hợp ở nhiều lĩnh vực khác nhau để tạo ra sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn thông qua đó người học chiếm lĩnh được kiến thức và phát triển KN.” Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích các khái niệm về dạy học theo dự án, có thể tóm lại: DAHT là một nhiệm vụ học tập được GV chuyển giao cho HS, trong đó, HS được đóng một vai trò nào đó, họ tự thiết kế và thực hiện kế hoạch nhằm giải quyết một VĐTT có liên quan đến nội dung học tập. Để thực hiện được DAHT, HS cần phải chủ động xây dựng kế hoạch, vận dụng kiến thức tổng hợp ở nhiều lĩnh vực khác nhau để tạo ra sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn, thông qua giải quyết VĐTT, HS chiếm lĩnh được kiến thức và rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn. Vai trò của DAHT trong trong rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn DAHT là công cụ dạy học ngày càng nhiều GV sử dụng trong việc tổ chức các HĐTN, dự án đóng vai trò rất quan trọng trong quy trình rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS. Nếu GV thiết kế và sử dụng các DAHT để dạy học một cách phù hợp sẽ mang lại các vai trò sau: - Là công cụ rèn luyện các KN tiến trình của KN VDKT vào thực tiễn ở các mức độ khác nhau, trong đó giúp HS rèn luyện tốt các KN thiết kế tiến trình hành động và KN giải quyết VĐTT. - Là công cụ rèn luyện KN vận dụng một số kiến thức liên quan đến chủ đề và kiến thức liên môn để giải quyết VĐTT trong một khoảng thời nhất định, trong đó có yêu cầu sản phẩm đầu ra. - Thông qua các DAHT giúp HS hiểu biết hơn về thiên nhiên, môi trường sống, góp phần giáo dục ý thức bảo vệ môi trường, tạo ra sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn. - Góp phần hình thành và phát triển cho HS KN làm việc nhóm, KN thu thập và xử lí thông tin, KN GQVĐ,... Yêu cầu của DAHT để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS Trên cơ sở phân tích vai trò của DAHT, chúng tôi khái quát một số yêu cầu của DAHT để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS như sau: - Bám sát mục tiêu để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học, mỗi yêu cầu trong dự án sẽ được xây dựng tương ứng với các KN thành tố của KN VDKT vào thực tiễn. - Đảm bảo tính vừa sức, phù hợp với tâm lí lứa tuổi, thời gian, phạm vi, khả năng thực hiện nhiệm vụ giải quyết VĐTT của HS trong một bối cảnh nhất định. - Người học phải chủ động tìm kiếm thông tin, kết nối các bên có liên quan, gắn với thực tiễn địa phương để thuận lợi cho quá trình tiếp thu tri thức của bản thân. - Trong quá trình thực hiện dự án, các hoạt động học tập mang tính độc lập cao hơn, có đánh giá tiến trình, đánh giá sản phẩm. Ví dụ: Khi dạy chủ đề “Sinh thái học và môi trường”- Sinh học 12 [21], GV có thể xây dựng DAHT sau: “Hồ nước Bộc Nguyên ở Thạch Hà (tỉnh Hà Tĩnh) cung cấp nước sinh hoạt cho hơn 20.000 hộ dân thành phố Hà Tĩnh và vùng phụ cận. Thế nhưng, hơn một trăm hộ dân đang sinh sống ở thượng nguồn vẫn hàng ngày xả thải, chăn trả trâu bò, vứt chai lọ thuốc trừ sâu, diệt cỏ gây ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề “nhức nhối”, trở thành nỗi lo ngại và bức xúc cho người dân ở Thạch Hà và Thành phố Hà Tĩnh trong thời gian qua". Em hãy vận dụng kiến thức đã học thực hiện DAHT để làm sáng tỏ tình hình trên? (Nguồn: HS hoạt động theo nhóm từ 5-6 người, mỗi nhóm tìm hiểu vấn đề dưới các góc độ khác nhau trong vai: Nhóm 1: “Người dân sử dụng nước sạch”; Nhóm 2: “Nhà khoa học”; Nhóm 3: “Chính quyền địa phương”; Nhóm 4: “Cán bộ nhà máy cung cấp nước sạch” để thực hiện DAHT trên cơ sở định hướng trả lời các câu hỏi theo các KN tiến trình như sau: Câu hỏi Kĩ năng tiến trình 1) Vấn đề em sẽ nghiên cứu là gì? 2) Nguyên nhân có thể làm xuất hiện vấn đề trên? 3) Hãy nêu các câu hỏi về vấn đề trên? A. Phát hiện vấn đề thực tiễn 4) Vấn đề trên liên quan đến nội dung kiến thức nào? 5) Hãy nêu tất cả những vấn đề em biết ô nhiễm nguồn nước hồ Bộc Nguyên? 6) Hãy nêu một giả thuyết của em về vấn đề này? B. Nêu giả thuyết khoa học 7) Thu thập các dẫn chứng liên quan nhằm chứng minh quan điểm của em về vấn đề ô nhiễm nguồn nước hồ Bộc Nguyên? 8) Hãy sắp xếp các kiến thức, kĩ năng đó theo thứ tự tiến trình một cách hợp lí. C. Tìm tòi, huy động kiến thức liên quan vấn đề thực tiễn 9) Vấn đề trên ảnh hưởng như thế nào đến đời sống nhân dân trong vùng và với môi trường? 10) Đề xuất giải pháp để khắc phục vấn đề trên? D. Giải quyết vấn đề thực tiễn 11) Hãy nêu kết luận về các nguyên nhân có thể có của vấn đề trên? 12) Có thể nêu một số ý tưởng để đảm bảo lâu dài nguồn nước hồ Bộc Nguyên không bị ô nhiễm? E. Báo cáo kết quả, rút ra kết luận 1.2.4.2. Sử dụng đề tài nghiên cứu khoa học Khái niệm đề tài NCKH Nghiên cứu khoa học là: Áp dụng các phương pháp khoa học để điều tra các mối quan hệ giữa các hiện tượng tự nhiên, hoặc để giải quyết một vấn đề sức khỏe hay kĩ thuật [80]. Theo Vũ Cao Đàm (2003) [16], NCKH bao gồm 4 bước cơ bản sau: Bước 1: Quan sát sự vật, hiện tượng và xác định vấn đề nghiên cứu. Bản chất của quan sát thường đặt ra những câu hỏi, từ đó đặt ra “vấn đề” nghiên cứu cho người nghiên cứu. Bước 2: Thiết lập giả thuyết hoặc dự đoán về vấn đề nghiên cứu. Giả thuyết là nhận định sơ bộ, là kết luận giả định của nghiên cứu. Bước 3: Thu thập và xử lí thông tin về vấn đề nghiên cứu. Có nhiều phương pháp thu thập thông tin như: phương pháp nghiên cứu tài liệu, phỏng vấn, phương pháp khảo sát thực địa, phương pháp thực nghiệm, Bước 4: Kết luận xác nhận hay phủ nhận giả thuyết về vấn đề nghiên cứu. Kết luận xác nhận hay phủ nhận giả thuyết là việc làm bắt buộc trong nghiên cứu khoa học. Có hai hướng biện luận: (1) Hoặc là kết quả thực nghiệm hoàn toàn lí tưởng như trong giả thuyết; (2) Hoặc là kết quả sẽ sai lệch nếu có sự tham gia của các biến đã giả định là không có trong nghiên cứu. Người học tham gia nghiên cứu khoa học có thể trang bị cho mình các kiến thức và các kĩ năng như quan sát, phân tích, so sánh, tổng hợp, trang bị về phương pháp luận, NL nghiên cứu, qua đó tiếp thu kiến thức mới đồng thời rèn luyện NL giải quyết vấn đề thực tiễn một cách nhanh chóng, hiệu quả trong cuộc sống [15]. Như vậy, có thể nói: NCKH có thể được xem là một hoạt động tìm kiếm, xem xét, điều tra, thử nghiệm về VĐTT để phát hiện ra những cái mới về sự vật, về thế giới tự nhiên và xã hội và có thể tạo ra sản phẩm mang tính sáng tạo về phương pháp, phương tiện kĩ thuật, lí luận mới có ý nghĩa trong cuộc sống. Vai trò của NCKH trong rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn Hình thành và phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học là một trong những nhiệm vụ rất quan trọng đang được bộ Giáo dục và Đào tạo rất quan tâm thông qua việc tổ chức các kì thi HS, sinh viên NCKH. Trong quá trình dạy học, tổ chức thực hiện đề tài NCKH để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS có các vai trò sau: - Là công cụ để rèn luyện NL giải quyết vấn đề, NL NCKH cho HS, rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn, tạo hứng thú học tập và thái độ nghiêm túc trong khoa học. - Giúp HS phát triển NL sáng tạo kĩ thuật, công nghệ và VDKT tích hợp liên môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học (STEM) vào giải quyết VĐTT. - Góp phần đổi mới hình thức tổ chức dạy học; đổi mới hình thức và phương pháp đánh giá kết quả học tập; phát triển NL và phẩm chất của HS; thúc đẩy GV tự bồi dưỡng nâng cao NL chuyên môn, nghiệp vụ; nâng cao chất lượng dạy học trong các cơ sở giáo dục trung học. Tạo cơ hội để HS giới thiệu kết quả nghiên cứu KHKT của mình; tăng cường trao đổi, giao lưu văn hóa, giáo dục giữa các địa phương và hội nhập quốc tế [6]. Yêu cầu của đề tài NCKH để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS Trên cơ sở phân tích vai trò của NCKH, chúng tôi khái quát một số yêu cầu của đề tài NCKH để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS như sau: - Bám sát mục tiêu để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học. Cũng tương tự như hai dạng công cụ trên, mỗi nhiệm vụ trong đề tài đều được thiết kế nhằm rèn luyện và đánh giá một KN thành tố của KN VDKT vào thực tiễn. - Đề tài cần xác định rõ ràng là nhằm giải quyết vấn đề gì, giải quyết một hay nhiều mâu thuẫn trong thực tiễn cuộc sống. - Đề tài phải phù hợp với khả năng: Đề tài cần lựa chọn giải quyết VĐTT phù hợp với tâm lí lứa tuổi, NL của HS, tạo được hứng thú cho HS nghiên cứu và giải quyết trong hoàn thành phù hợp, có tính khả thi cao, phù hợp với nhận thức và NL HS. - Đề tài phải có tính mới, tính sáng tạo: VĐTT cần giải quyết có thể chưa từng được giải quyết hoặc giải quyết chưa đầy đủ. Tính sáng tạo của đề tài thể hiện trong các câu hỏi nghiên cứu hoặc lựa chọn vấn đề nghiên cứu có tính mới; Thiết kế và phương pháp độc đáo khoa học; Tiến hành nghiên cứu hợp lí có cách thức riêng và các đề xuất ý tưởng nghiên cứu trong tương lai. Tính mới có thể ở các cấp độ khác nhau: mới hoàn toàn, mới trong phạm vi nhất định. - Đề tài phải có tính cấp thiết: Đề tài cần lựa chọn VĐTT cần được giải quyết nhằm đáp ứng nhu cầu cho hoạt động nhận thức và thực tiễn cuộc sống. Ví dụ: Thực trạng thực phẩm không an toàn do dư lượng thuốc bảo vệ thực vật quá lớn ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng, ô nhiễm môi trường, đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội. Ở Hà Tĩnh, sản phẩm quả cây có múi (bưởi, cam, quýt,) đang có thế mạnh, mang lại thương hiệu và giá trị cạnh tranh cao trên thị trường. Nhưng hiện nay, ở cây trồng nói chung và ở cây cam nói riêng hiện nay đang có nhiều loại sâu bệnh phá hoại, ảnh hưởng đến năng suất chất lượng cây trồng, trong đó có sâu Vẽ bùa. Làm thế nào để không phải sử dụng thuốc trừ sâu hóa học mà vẫn phòng trừ được sâu Vẽ bùa cho cam? Hãy thực hiện đề tài NCKH: Nghiên cứu sản xuất thuốc phòng trừ sâu bệnh từ thảo dược và các chế phẩm sinh học phòng trừ sâu Vẽ bùa (Phyllocnistis citrella Staint) trên cây cam. HS hoạt động nhóm, mỗi nhóm 3-4 người, thực hiện tìm hiểu vấn đề và sản xuất thử nghiệm thuốc trừ sâu Vẽ bùa (Phyllocnistis citrella Staint) trên cây cam. Các nhóm HS thực hiện đề tài NCKH trên cơ sở định hướng thực hiện các câu hỏi theo các KN tiến trình sau: Câu hỏi Kĩ năng tiến trình 1) Vấn đề em sẽ nghiên cứu là vấn đề gì? 2) Nguyên nhân có thể làm xuất hiện vấn đề trên? 3) Hãy nêu các câu hỏi về vấn đề trên? A. Phát hiện vấn đề thực tiễn 4) Hãy nêu tất cả những vấn đề em biết về sâu vẽ bùa? 5) Hãy nêu các loại cây có thể sử dụng để làm thuốc phòng trừ sâu hại mà em biết? 6) Hãy nêu một giả thuyết của em về vấn đề này? B. Nêu giả thuyết khoa học 7) Hãy nêu các điều kiện cần thiết để thực hiện đề tài trên? Vấn đề trên ảnh hưởng như thế nào đến năng suất, chất lượng sản phẩm cây có múi? 8) Để thực hiện đề tài này cần thực hiện các bước nào? 9) Nêu các nguyên nhân có thể ảnh hưởng đến tác dụng của thuốc thảo dược? C. Tìm tòi, huy động kiến thức liên quan vấn đề thực tiễn 10) Hãy đề xuất và thực hiện một số biện pháp để sản xuất thuốc trừ sâu thảo dược phòng trừ sâu Vẽ bùa hại cam? D. Giải quyết vấn đề thực tiễn 11) Hãy nêu kết luận về vấn đề đã nêu trong giả thuyết? 12) Đánh giá chất lượng và thuốc của nhóm sản xuất. Đề xuất các kiến nghị (nếu có). E. Báo cáo kết quả, rút ra kết luận 1.2.5. Dạy học theo chủ đề Để phát triển KN VDKT vào thực tiễn đòi hỏi HS phải được rèn luyện trong thời gian dài, cần lặp đi lặp lại các hoạt động hoặc chuỗi các hoạt động theo một trình tự logic nhất định, thông qua hoạt động HS được học kiến thức, rèn luyện KN, phát triển tư duy. Để đạt được mục tiêu trên, chúng tôi đã tổ chức dạy học theo chủ đề. Trong đó, GV thiết kế các các nhiệm vụ học tập dưới dạng BTTT, DAHT và đề tài NCKH để rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS. Nội dung dạy học theo chủ đề mang tính tổng quát, liên quan đến nhiều lĩnh vực, mang tính khái quát, gắn liền với các VĐTT trong cuộc sống của HS. Dạy học theo chủ đề không chỉ giúp HS VDKT vào giải quyết các VĐTT mà còn giúp phát triển tư duy bậc cao, khả năng khái quát hóa, trừu tượng hóa. Để thực hiện được mục tiêu dạy học nói trên, nội dung kiến thức trong chủ đề cần phải được hệ thống hóa, sắp xếp một cách logic theo từng mạch nội dung có liên quan đến nhau, thuận lợi cho quá trình học tập. Hệ thống nội dung kiến thức của chủ đề cần hướng tới phát triển KN VDKT vào thực tiễn cho HS. Trong chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện nay đang được thực hiện theo từng bài/tiết trong SGK, nội dung được phân chia khá cụ thể và được sắp xếp tuần tự, thuận lợi cho việc giảng dạy trên lớp và quản lí việc thực hiện phân phối chương trình. Tuy nhiên, sự phân chia theo bài làm cho các đơn vị kiến thức rời rạc, HS khó VDKT để giải quyết các VĐTT liên quan. Vì vậy, trong dạy học GV cần cấu trúc lại nội dung thành các chủ đề theo các cấp độ khác nhau (chủ đề cấp 1, chủ đề cấp 2,) tùy thuộc vào mức độ yêu cầu và phạm vi nội dung hướng tới. Các tác giả Lê Đình Trung, Phan Thị Thanh Hội (2016) cho rằng: “Chủ đề chứa một nội dung kiến thức tương đối trọn vẹn cần trang bị cho HS, các kiến thức này có liên quan đến một hay nhiều lĩnh vực khác nhau, tiếp cận ở các góc độ khác nhau. GV tổ chức các hoạt động học tập cho HS thông qua việc giải quyết các vấn đề, từ đó HS chủ động xây dựng hệ thống kiến thức chặt chẽ và gắn với thực tiễn đời sống”[61]. Như vậy, chủ đề là một đơn vị kiến thức mang tính trọn vẹn tương đối, khi kết thúc tìm hiểu bản chất chủ đề đó HS sẽ có được một lượng kiến thức để hiểu rõ bản chất của đối tượng và có khả năng vận dụng vào giải quyết tốt hơn các VĐTT và để khám phá tự nhiên một cách có hiệu quả. Trong quá trình dạy học theo chủ đề, GV sử dụng các PPDH tích cực, không chỉ tập trung truyền thụ kiến thức mà cần tập trung hướng dẫn HS tự tìm kiếm thông tin, VDKT vào giải quyết các VĐTT. Dạy học theo chủ đề làm cho các kiến thức có mối liên hệ kết nối, logic, tổng quan hơn về đối tượng, gắn với thực tiễn đời sống làm cho nội dung học tập trở nên có ý nghĩa hơn, gần gũi hơn với HS, tạo được sự hứng thú trong học tập. Qua thực tiễn dạy học và quản lí nhà trường THPT, theo chúng tôi nội dung chủ đề dạy học nên tập trung vào một mạch nội dung kiến thức có quan hệ gần gũi với nhau, với thời lượng dạy học từ 2-4 tiết để thuận lợi cho quá trình tổ chức thực hiện. Ví dụ: Trong dạy học Sinh học 10 cấp THPT [19], có thể kết nối các nội dung mục IX - Màng sinh chất (Màng tế bào) bài 10: Cấu trúc tế bào (tiếp theo), bài 11: Vận chuyển các chất qua màng sinh chất và bài 12: Thực hành: Thí nghiệm co và phản co nguyên sinh thành một chủ đề: “Vận chuyển các chất qua màng sinh chất và ứng dụng trong thực tiễn” được tổ chức thực hiện trong 3 tiết. HS sẽ có kiến thức hệ thống từ cấu tạo, chức năng của màng sinh chất đến các cơ chế vận chuyển các chất qua màng sinh chất, HS vừa thực hành vừa nghiên cứu lí thuyết, thông qua đó có thể VDKT để giải quyết các VĐTT liên quan như: + Giải thích được các VĐTT như: - Tại sao muốn giữ rau tươi phải thường xuyên vẩy nước vào rau? - Tại sao bón quá nhiều phân thì cây trồng bị héo? - Tại sao tế bào hồng cầu cũng như các tế bào khác trong cơ thể người lại không bị vỡ do thấm nhiều nước? - Tại sao khi xào rau, rau thường bị quắt lại? Làm thế nào để rau xào không bị quắt lại mà vẫn xanh? + VDKT để cải tiến được các thí nghiệm co và phản co nguyên sinh trong SGK bằng cách bổ sung thêm các mẫu vật, thay đổi nồng độ nước muối NaCl + Tiến hành được thí nghiệm và so sánh sự khác nhau khi cho một tế bào hồng cầu và một tế bào thực vật vào nước cất? Giải thích được tại sao? + Thực hiện được một số DAHT như: làm các loại xirô từ một số loại quả (nho, dâu tây, dâu tằm, quất); làm mứt tết từ củ, quả (cà rốt, bí, khoai tây,). Từ phân tích trên cho thấy, dạy học theo chủ đề có mối quan hệ mật thiết với phát triển KN VDKT vào thực tiễn của HS: Chủ đề ® Dạy học tích hợp ® Giải quyết VĐTT ® Phát triển KN VDKT vào thực tiễn của HS. 1.3. CƠ SỞ THỰC TIỄN 1.3.1. Thực trạng về dạy học rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của GV Sinh học cấp THPT 1.3.1.1. Phương pháp điều tra Để tìm hiểu thực trạng về dạy học rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của GV Sinh học cấp THPT, chúng tôi đã thiết kế 1 phiếu điều tra (Xem phụ lục 1) và tiến hành điều tra 302 GV Sinh học THPT trực tiếp đứng lớp (Xem phụ lục 15). Trong 302 phiếu điều tra thu được, có 247 phiếu GV trả lời đầy đủ các câu hỏi theo yêu cầu. Các GV có thời gian công tác từ 01 năm đến 26 năm, trong đó nhóm GV có thời gian công tác từ 8 đến 15 năm chiếm tỷ lệ trên 60%. Phiếu hỏi gồm 9 câu hỏi nhằm xác định thực trạng về dạy học phát triển KN VDKT vào thực tiễn của GV Sinh học ở một số trường THPT hiện nay. 1.3.1.2. Kết quả điều tra Mức độ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học Các mức độ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS được thể hiện trong bảng sau đây: Bảng 1.2. Mức độ rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy học Sinh học KN Mức độ rèn luyện (%) Rất thường xuyên Thường xuyên Thỉnh thoảng Hiếm khi Chưa bao giờ 1. Liên hệ bài học với các vấn đề thực tiễn 6,88 70,04 22,27 0,81 0,00 2. Vận dụng kiến thức bài học để giải thích VĐTT 6,48 65,59 27,94 0,00 0,00 3. Nêu giả thuyết của vấn đề 6,88 40,08 46,96 5,67 0,40 4. Lập kế hoạch giải quyết vấn đề 2,83 32,79 54,25 8,50 1,62 5. Thiết kế thí nghiệm, thực nghiệm 1,21 13...nấu rượu truyền thống của địa phương nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo an toàn, chất lượng, tiết kiệm nhiên liệu, hạn chế ô nhiễm môi trường, chúng em đã lựa chọn đề đề tài “Xây dựng cơ sở sản xuất rượu truyền thống theo mô hình STEM”. 2. Mục tiêu nghiên cứu. Vận dụng STEM nhằm ứng dụng kiến thức các lĩnh vực Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học) để xây dựng cơ sở sản xuất rượu truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, tạo sản phẩm có chất lượng cao, an toàn, tiết kiệm năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Giáo dục STEM và quy trình sản xuất rượu truyền thống. - Phạm vi nghiên cứu: + Đề tài tập trung nghiên cứu quy trình nấu rượu truyền thống và bước đầu vận dụng STEM để xây dựng mô hình sản xuất rượu sạch, đảm bảo an toàn, chất lượng. + Bước đầu tập trung xây dựng cơ sở sản xuất rượu truyền thống theo mô hình STEM tại thành phố Hà Tĩnh và ứng dụng cho 3 hộ gia đình: 1) Hộ ông Hoàng Trọng Thanh tại xóm Đông tiến- Xã Thạch Trung- Thành phố Hà Tĩnh 2) Hộ ông Nguyễn Quốc Việt tại xã Thạch Hạ - Thành phố Hà Tĩnh 3) Hộ bà Nguyễn Thị Ngọc Ánh tại xã Thạch Thanh - Thạch Hà - Hà Tĩnh. + Kiểm tra và thử nghiệm độ an toàn về rượu. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: + Lí thuyết về STEM và Giáo dục STEM. + Lí thuyết lên men vi sinh để làm men 36 vị thuốc bắc có hương vị đặc trưng. + Lí thuyết về quá trình lên men rượu etylic. + Lý thuyết về hóa học để làm thí nghiệm so màu, so sánh nồng độ methanol trong rượu. + Tiêu chuẩn TCVN về rượu. - Nghiên cứu thực nghiệm: + Xây dựng về mô hình STEM về nấu rượu truyền thống tại Thành phố Hà Tĩnh. + Thực nghiệm làm men 36 vị thuốc bắc. + Thực nghiệm chế và đưa vào sử dụng nồi chưng rượu thay nước tự động. + Thực nghiệm ứng dụng mô hình STEM về nấu rượu truyền thống tại 03 hộ gia đình ở Thành phố Hà Tĩnh. + Thực nghiệm thử độ an toàn của rượu. 5. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng phù hợp giáo dục STEM vào xây dựng mô hình cơ sở sản xuất rượu truyền thống thì sẽ góp phần phát triển kĩ năng ứng dụng kiến thức các lĩnh vực Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học) vào thực tiễn và xây dựng cơ sở sản xuất rượu truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, tạo sản phẩm có chất lượng cao, thơm ngon, an toàn, tiết kiệm năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường. II. THỰC TRẠNG CỦA RƯỢU VÀ CỦA CƠ SỞ NẤU RƯỢU HIỆN NAY 1. Thực trạng về rượu Từ lâu rượu đã là một đồ uống quen thuộc, gắn liền với đời sống văn hoá người Việt nhưng không thể phủ nhận rằng tác hại của rượu là vô cùng ghê gớm. Đặc biệt trong thời gian qua, tình trạng lạm dụng rượu và ngộ độc rượu có xu hướng tăng nhanh và phức tạp. Tính từ đầu năm 2017 đến nay số vụ ngộ độc rượu đã tăng đột biến. Ngoài ra rượu còn gây ức chế thần kinh cũng như hoạt động của các cơ quan tim mạch trong cơ thể. Trong rượu không chỉ có ethanol mà còn có thể chứa một lượng lớn methanol, aldehyde, và các chất độc hại khác, gây độc mạnh hơn ethanol, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến bộ máy tuần hoàn, hô hấp và thần kinh của con người. Việt Nam là một trong số ít những quốc gia đang có xu hướng tăng nhanh về mức tiêu thụ đồ uống có cồn, đặc biệt là rượu. Theo thống kê của Bộ Y tế, từ đầu năm 2007 đến hết tháng 3-2017, toàn quốc đã ghi nhận 58 vụ ngộ độc rượu do sử dụng rượu không an toàn làm 382 người mắc và 98 người chết. Hầu hết các loại rượu đã sử dụng trong các vụ ngộ độc đều không rõ nguồn gốc, không được cấp Giấy chứng nhận công bố tiêu chuẩn sản phẩm, được kinh doanh nhỏ lẻ hoặc sản phẩm do người tiêu dùng tự pha chế và nấu sẵn. Rượu chưng cất ở Việt Nam đa số được sản xuất tự do tại các địa phương và hầu hết đều nấu bằng phương pháp thủ công. Nhiều người nấu, nhiều cách nấu và nguyên liệu mỗi nơi môi khác nên chất lượng rượu không đồng đều. Vậy rất cần một mô hình nấu rượu cho ra những sản phẩm an toàn cho người sử dụng. 2. Thực trạng về nghề nấu rượu tại thành phố Hà Tĩnh Qua khảo sát 30 hộ gia đình khu vực thành phố Hà tĩnh và vùng phụ cận chúng em nhận thấy các hộ gia đình nấu rượu truyền thống đang làm thủ công như ngày xưa nên hiệu quả thấp: - Số lượng gạo nấu trong ngày khoảng từ 5kg đến 30kg. - Men dùng để nấu là men cục (thường không rõ nguồn gốc xuất xứ) và có gia đình còn nấu men bột, men vi sinh. - Cách nấu chủ yếu nấu nồi 3 cấp và nấu bằng củi hoặc than đá rất độc hại và gây ô nhiễm môi trường, tốn nhân công. - Cách thay nước thủ công, chờ nước trên nồi trên cùng nóng lên thì múc đổ đi và đổ nước lạnh vào. Khâu này tốn nhiều công sức nhất. - Cùng một thời gian cho ra hiệu quả kinh tế rất thấp. - Phương pháp kiểm tra nồng độ cồn chủ yếu bằng cồn kế, chưa kiểm tra đánh giá được dư lượng các độc tố trong rượu và độ an toàn của rượu. - Chưa đầu tư máy lọc độc tố trong rượu, thành phẩm mang tính thẩm mỹ thấp (rượu đục không trong), uống vào đau đầu (dư lượng độc tố cao), III. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI, TÍNH MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 1. Mục tiêu của đề tài Vận dụng phù hợp giáo dục STEM vào xây dựng mô hình cơ sở sản xuất rượu truyền thống nhằm góp phần phát triển kĩ năng ứng dụng kiến thức các lĩnh vực Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học) vào thực tiễn và xây dựng cơ sở sản xuất rượu truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, tạo sản phẩm có chất lượng cao, thơm ngon, an toàn, tiết kiệm năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường và nhu cầu và thị hiếu người tiêu dùng. 2. Tính mới, sáng tạo, khả năng áp dụng và hiệu quả kinh tế xã hội - Xây dựng được mô hình sản xuất rượu truyền thống theo mô hình STEM có thể ứng dụng vào thực tiễn địa phương góp phần tạo sản phẩm có chất lượng cao, thơm ngon, an toàn, tiết kiệm năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường và nhu cầu và thị hiếu người tiêu dùng. - Đã nghiên cứu, sản xuất thành công men ủ rượu từ 36 vị thuốc bắc lên men rượu thơm, an toàn. - Cải tiến nồi nấu rượu thủ công thành nồi nấu rượu sử dụng điện năng (điện 3 pha) hiện đại, giá cả phù hợp với người nông dân. - Vận dụng được kiến thức nhiều lĩnh vực vào trong thực tiễn sản xuất đời sống. Định hướng cho người trẻ khi lập nghiệp trong một nghành nghề cụ thể nào đó phải biết vận dụng kiến thức tổng hợp. Đây cũng là tiêu chí hàng đầu của giáo dục trên toàn thế giới. IV. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1. Cơ sở lí luận Vận dụng giáo dục STEM trong thực hiện đề tài. 2. Quy trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn thông qua ứng dụng STEM Vận dung quy trình rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của nhóm tác giả Trần Thái Toàn và Phan Thị Thanh Hội(2017), chúng tôi đã xây dựng Quy trình xây dựng cơ sở nấu rượu truyền thống theo mô hình STEM như sau: Các bước Yêu cầu đạt được Thời gian Bước 1: Nêu vấn đề thực tiễn - Quan sát mô hình nấu rượu thủ công của 30 hộ gia đình thuộc các xã phường xung quanh thành phố Hà tĩnh - Thu thập số liệu về công suất nấu, cách nấu, số nhân công tham gia nấu trong từng hộ gia đình và sản lượng rượu thu được trong 1 ngày. - Tìm hiểu thông tin về cách từng gia đình sử dụng men gì để nấu. - Tìm hiểu thông tin về cách mỗi gia đình ủ cơm vào mùa hè và mùa đông. - Tìm hiểu quy trình chưng cất có tốn nhân công hay không. - Tìm hiểu cách các hộ gia đình chưng cất rượu, nguyên liệu dùng để chưng cất, độ độc hại khi dùng những nguyên liệu đó. - Tìm hiểu xem các gia đình có dùng máy lọc độc tố trong rượu trước khi đem bán không. - Đặt tên vấn đề thực tiễn cần nghiên cứu: VDKT vào thực tiễn xây dựng cơ sở sản xuất rượu truyền thống theo mô hình Steam - Được tiến hành từ tháng 9 năm 2017 đến tháng 9 năm 2018. Tên các bước Nhiệm vụ của nhóm nghiên cứu Bước 2: Đặt câu hỏi, hình thành giả thuyết định hướng giải quyết vấn đề thực tiễn Đặt các câu hỏi: - Những nguyên nhân nào làm cho quy trình nấu rượu ở từng hộ gia đình chỉ cho công suất rất nhỏ - Tại sao men không có nguồn gốc rõ ràng được bày bán và sử dụng tràn lan? Có cách nào tự làm men rượu và kiểm soát được chất lượng men rượu cho rượu mình nấu không? - Tại sao nấu rượu bằng men truyền thống không thành công khi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp vào mùa hè và mùa đông? - Có cách gì để giảm sức lao động mà vẫn giảm chi phí đầu tư cho nghề nấu rượu không? - Làm bằng cách nào để thử cho khách hàng mình biết rượu mình nấu ra đảm bảo an toàn? - Làm cách nào để lọc bớt độc tố trong rượu? Giả thuyết vấn đề: - Tự nghiên cứu quy trình làm men 36 vị thuốc bắc cho cơ sở nấu rượu dựa trên kiến thức về Sinh học và Hóa học - Tự nghiên cứu chế nồi chưng cất rượu kết hợp được cả truyền thống và hiện đại tối ưu hóa việc thay nước và ngắt điện tự động sử dụng điện để chưng thay cho củi và than đá dựa trên kiến thức về Vật lí và Công nghệ. - Tìm hiểu cách thử độc tố trong rượu dựa trên kiến thức về Hóa học - Tìm cách đưa 1 sản phẩm rượu có chất lượng ra thị trường. - Được tiến hành từ 01 tháng 9 năm 2017 đến 15 tháng 9 năm 2018 Bước 3: Tìm tòi, huy động kiến thức liên quan vấn đề thực tiễn - Tìm hiểu tài liệu từ SGK Sinh học 10, Sinh học 11, Công nghệ 10, Hóa học, Vật lí, Toán... internet, tạp chí khoa học, để áp dụng vào quy trình để đảm bảo cách làm ra sản phẩm tốn ít nhân công nhất, sản phẩm làm ra an toàn nhất, giá thành hợp lí nhất. - Được tiến hành từ tháng 9 năm 2017 đến 27 tháng 11 năm 2018. Bước 4: Giải quyết vấn đề thực tiễn - Thiết kế các hoạt động để làm từng bước trong quy trình 1 cách bài bản và hiệu quả nhất. + Thiết kế thí nghiệm + Thiết kế mô hình STEM - Tổ chức các hoạt động/chuỗi hoạt động giải quyết vấn đề tại sao phải dùng men không rõ nguồn gốc, chưng cất rượu lại tốn nhân công. - Thiết kế thí nghiệm chứng minh rượu sản xuất ra an toàn cho người sử dụng - Thiết kế mô hình STEM: xây dựng mô hình nấu rượu truyền thống quy chuẩn. - Được tiến hành từ tháng 9 năm 2017 đến 27 tháng 11 năm 2018. Bước 5: Báo cáo kết quả, rút ra kết luận Các hộ gia đình nấu rượu không đưa lại hiệu quả kinh tế cao và lâu dài là do những nguyên nhân sau: - Do chưa đầu tư nghiên cứu để làm men cho riêng thương hiệu của mình. - Đối với giai đoạn chưng cất chưa tìm cách nghiên cứu cách ứng dụng khoa học vào để giảm sức lao động nên còn xem đây là 1 nghề mệt nhọc. - Chưa tìm ra cách thử rượu để biết độ độc tố trong rượu. ⇒ Vẫn sử dụng men không rõ nguồn gốc, thậm chí men không an toàn. ⇒ Vẫn nấu bằng quy trình cũ tốn công, tốn sức và sản lượng ít. ⇒ Vẫn không biết cách thử độc tố trong rượu. - Sau khi nghiên cứu kỹ từng giai đoạn và áp dụng triệt để kiến thức khoa học cho từng giai đoạn thì sẽ có 1 mô hình nấu rượu truyền thống cho ra sản lượng lớn, rượu ngon và an toàn, giá thành hợp lí. - Được tiến hành theo 3 vòng báo cáo và duyệt tại trường. - 2. Nội dung cụ thể từng công đoạn của đề tài. 2.1. Tiến hành từng công đoạn để tìm ra cách đưa STEM vào ứng dụng. 2.1.1. Giai đoạn làm men. 2.1.1.1. Nguyên liệu sản xuất bánh men. - Men rượu nếp chưng cất của bên em chọn là loại men 36 vị thuốc bắc. Trong chế phẩm bánh men thuốc bắc chứa nhiều giống vi sinh vật thuộc vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Thực chất, men thuốc bắc là canh trường không thuần khiết của hệ vi sinh vật có khả năng sinh trưởng hệ enzym, đường hóa men rượu. Ngoài ra, đa số các vị thuốc bắc đều có mùi thơm. Các hợp chất này có thể phản ứng với nhau và với những hợp chất khác, tạo ra những hợp chất mới. Kết quả tạo ra mùi vị rất đặc trưng cho rượu cổ truyền. - Gạo Gạo được chọn làm nguyên liệu chính để cung cấp tinh bột cho sản xuất bánh men. Thành phần của gạo phụ thuộc vào nhiều yêu tố như đất đai như đất đai, khí hậu, phân bón, giống lúa. Thành phần của gạo gồm: Tinh bột(70% đến 75% chất khô); Các loại đường(2% đến 5%); Protein(7% đến 8%); Chất béo(1% ddeens1.5%); Chất khoáng(1% đến 1.5%). Tinh bột gạo chiếm 90% đến 95% tổng nguyên liệu dùng làm bánh men. - Men giống: Men giống thường sử dụng men cũ, nhờ vai trò của vị thuốc bắc làm kìm hãm sự phát triển của tạp khuẩn, các loài sống sót sẽ sử dụng các chất kích thích phát triển trên thuốc bắc, tiến hành đường hóa và rượu hóa để phát triển, tồn tại. Trên môi trường có cơ chất là tinh bột gạo và điều kiện thích hợp các chủng nấm mốc và nấm men có khả năng sinh glucoamilaza khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển, sinh enzim thủy phân tinh bột thành đường glucoza, còn các chủng nấm men rượu sẽ sử dụng đường khử để duy trì quá trình sống và phát triển. Và sau khi đạt đến thời điểm nuôi cấy, đem sấy đến độ ẩm bảo quản thì các chủng vi sinh vật này sẽ tồn tại trên môi trường bánh men. - Thuốc bắc - Những vị chính trong 36 vị thuốc bắc làm men: Nhục Đậu Khấu(30gram), Nhục Quế(20gram), Bạch Truật(20gram), Cam Thảo(20gram), Bạc Hà(20gram), Tế Tân (20gram), Uất Kim (20gram), Tiểu Hồi(20Gram), Xuyên khung(20 Gram)...Trong đó Hoàng liên, Hoàng bá có tác dụng ức chế sự phát triển của nấm men. Các vị khác như Ngải cứu, Nhục quế, Bạch truật, Khung cư, Tế tân, Phục linh có tác dụng kích thích sự phát triển của nấm men. Hệ vi sinh trong bánh men rất đa dạng trong đó có 3 loài phổ biến nhất: nấm men, nấm mốc và vi khuẩn. Các kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị pH trong bánh men Việt Nam. Bánh men sử dụng trong sản xuất rượu truyền thống là bột gạo ẩm trộn với bánh men giống giã nhỏ. Để tránh sự nhiễm các vi sinh vật là không mong muốn, người ta bổ sung các vị thuốc bắc thu được men thuốc bắc. Mỗi vị thuốc bắc chứa nhiều chất khác nhau, có tác dụng khác nhau như: nhóm chất có giá trị dinh dưỡng với vi sinh vật (protein, glucid, lipid, vitamin, chất khoáng,); nhóm chất có tác dụng dược lý sát trùng (các tinh chất nhựa, alcaloid và các glucozid). Gạo Làm sạch Nước Ngâm nước Để ráo Bánh men Giống Xay thành bột Thuốc bắc Nghiền mịn Trộn men Nghiền mịn Nước Làm ẩm Tạo hình Ủ Hong khô Bánh men 2.1.1.2.Quy trình sản xuất men thuốc bắc như sau như sau: Hình 2: Quy trình sản xuất bánh men rượu Hình 3: Giai đoạn sản xuất bánh men 36 vị thuốc bắc. 2.1.1.3. Kết quả sử dụng STEM trong sản xuất men 36 vị thuốc bắc: - Kiến thức các bộ môn khoa học: + Kiến thức sinh học: Vận dụng kiến thức vi sinh học về nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy liên tục gồm 2 pha lũy thừa và cân bằng. + Kiến thức về thực vật học: Dùng khi chọn các vị thuốc bắc + Kiến thức về hóa học: Những chất hóa học có trong thuốc bắc được chia làm 3 nhóm. + Kiến thức về Toán: Tính toán lượng thuốc bắc, lượng gạo, lượng men mồi phù hợp. Ngoài sự kết hợp này thì để làm được men thành phẩm cũng phải trải qua nhiều lần làm, có những lần thất bại mới rút ra được công thức chuẩn cho men 36 vị thuốc bắc đặc trưng của mình. Men thành phẩm cho rượu nhiều hơn, thơm hơn, cơm ủ ngọt hơn, rượu êm không sốc. 2.1.2. Giai đoạn nấu cơm và chưng cất rượu Quy trình sản xuất rượu nếp trắng được trình bày trong sơ đồ sau: Gạo nếp Nấu Bánh men Nghiền mịn Trộn men Lên men ẩm Nước Lên men lỏng Chưng cất Rượu trắng Hình 4: Quy trình nấu rượu nếp Chọn gạo nếp Cùng một quy trình nấu rượu nhưng khi nấu rượu với các loại gạo khác nhau sẽ cho ra chất lượng rượu khác nhau. Gạo nếp đem nấu thành cơm Mục đích của quá trình nấu nguyên liệu là nhằm phá vỡ màng tế bào của bột, chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan trong dung dịch – hồ hóa tinh bột. Khi đun nguyên liệu với nước, sẽ xảy ra hiện tượng trương nở, hòa tan các kết dính giữa các tế bào (pectin, tinh bột, pentozan,), dẫn đến làm giảm độ bền cơ học của nguyên liệu. Nhiệt độ khoảng 140 - 150 ºC thành tế bào sẽ bị phá vỡ, các hạt tinh bột sẽ tách ra và hòa tan trong dung dịch. Để cơm nguội và rắc men thuốc bắc. Để cơm nhanh nguội, người ta thường trải cơm ra một cái nong thật to, đan từ tre. Sau đó chờ đến khi nhiệt độ cơm còn khoảng 25 - 30 độ thì tiến hành rắc men thuốc bắc 36 vị và trộn đều. Tỷ lệ trộn men thường chiếm khoảng 3% so với tổng khối lượng cơm nấu. Quá trình lên men được chia làm 2 giai đoạn là lên men ẩm và lên men lỏng: Lên men ẩm Quá trình lên men ẩm là quy trình để emzym amylase và vi khuẩn xúc tác thủy phân tinh bột. Cơm đã trộn men được đem ủ trong khoảng 5 - 10 giờ để mốc mọc cả khối cơm, sau đó vun thành đống, phủ kín bằng vải và giữ ở nơi thoáng mát, nhiệt độ 25 - 30 ºC trong 3- 4 ngày tùy thuộc thời tiết và nhiệt độ. Mục đích của quá trình này là để tạo điều kiện cho nấm mốc và vi khuẩn phát triển, tiết ra emzym đường hóa tinh bột. Cũng trong giai đoạn này, nấm men cũng bắt đầu phát triển và chuyển hóa một ít đường thành rượu. Lên men lỏng Lên men lỏng là quá trình nấm men sử dụng đường tạo ra để lên men rượu. Khi cơm rượu có mùi thơm nhẹ của rượu, ăn thấy ngọt, có hơi cay vị của rượu thì chuyển sang ủ trong chum vại kín với nước sạch theo tỷ lệ: 1 phần gạo/ 2 - 3 phần nước. Thời gian ủ lỏng kéo dài khoảng 2 - 3 ngày. Cơm rượu ủ trong điều kiện kín, nấm mốc ngừng phát triển nhưng enzym tạo thành vẫn tiếp tục thủy phân tinh bột. Trong giai đoạn này, nấm men phát triển mạnh nhờ lượng oxy hòa tan trong nước và lượng đường tạo thành, sau đó chuyển sang lên men rượu. Hình 5: Giai đoạn nấu cơm Chưng cất Khi quá trình lên men kết thúc, tiến hành trưng cất để thu rượu thành phẩm. Quá trình chưng cất rượu nhằm tách hỗn hợp rượu và nước có nhiệt độ sôi khác nhau. Ở áp suất thông thường, rượu sôi và bốc hơi ở nhiệt độ 78,5 ºC, nước sôi ở 100ºC nên rượu được tách ra khỏi nước nhờ nhiệt độ sôi thấp hơn. Dụng cụ để nấu rượu gồm một nồi lớn, không cần vung. Bên trên nồi này là một thùng tròn đóng bằng nhôm như cái trống, có đặt máng và ống dẫn rượu ra ngoài, trên cùng thường là một chậu lớn đặt nghiêng. Trong chậu này đựng nước thường xuyên được thay để giữ lạnh. Hơi rượu bốc lên từ nồi dưới, gặp lạnh ở đáy chậu đựng nước lạnh phía trên, sẽ hóa lỏng mà theo máng chảy ra ngoài rồi được hứng vào chai. Lúc bỏ cơm rượu vào để nấu, người ta pha thêm nước theo liều lượng, dùng đất sét trám thật kỹ giữa hai nồi, cùng chung quanh ống dẫn rượu để hơi rượu không bị bay thoát. Rượu thu được có màu trong, có mùi thơm đặc trưng và nồng độ rượu sẽ giảm dần theo thời gian chưng cất. Kết thúc quá trình lên men lỏng, cơm rượu được đêm chưng cất, thu được rượu trắng truyền thống. Thông thường với 10 kg gạo nếp thường cất được 6 đến 7 lít rượu. Tùy theo nồng độ rượu mong muốn mà người ta tiến hành pha trộn các loại rượu ở các khoảng thời gian chưng cất khác nhau. Kết luận sau nghiên cứu, ứng dụng. Qúa trình từ hấp cơm cho đến chưng cất rượu gồm rất nhiều công đoạn và nhiều công sức. Để giảm sức lao động, tiết kiệm năng lượng, hạn chế ô nhiễm môi trường và giảm chi phí đầu tư nhóm nghiên cứu đã từng bước cải tiến như sau: - Để giảm chi phí đầu tư nhóm nghiên cứu đã cải tiến nồi nấu thủ công 3 cấp thành nồi nấu bằng điện 3 pha giảm chi phí đầu tư xuống 20 triệu đồng so với mua nồi chức năng tương tự ngoài thị trường. - Để giảm sức lao động nhóm nghiên cứu đã chế bộ thay nước tự động bằng 1 thùng đựng nước cao hơn mặt bằng nồi 2m, lắp hệ thống vòi thay tự động cân nước vào bằng nước ra nên không cần thay nước thủ công. - Để tiết kiệm năng lượng nhóm nghiên cứu đã dùng điện 3 pha cho sản xuất, đồng 1 mức giá 1.700 đ. Nếu dùng củi đun phải ất 4h và 85.000 đ tiền củi. Nếu dùng điện mất 2,5h và mất 20 số điện với 34.000đ. Giảm 51.000đ. - Mặt khác dùng điện sẽ tránh ô nhiễm môi trường. - Để tránh nguy hiểm từ điện phải lắp at chống giật. - Để chủ động khi ra ngoài phải lắp thêm bộ ngắt điện tự động, hẹn sau 2,5h là hết rượu trong nồi nấu 25kg nếp. Hình 6. Nồi chưng rượu truyền thống cải tiến 2.1.3. Lọc độc tố Cách làm giảm andehit trong rượu - Loại bỏ rượu đầu. Vì andehit có nhiệt độ bay hơi thấp hơn những chất khác trong rượu nên bằng cách bỏ đi ½ chai rượu đầu đã góp phần bỏ đi được rất nhiều độc tố. - Lọc bằng than hoạt tính. - Hâm nóng rượu - Cho rượu vào chum sành và hạ thổ. - Dùng lá chuối khô để nút . - Tất cả những cách trên đều có thể làm giảm độc tố nhưng rất chậm, muốn có rượu với sản lượng nhiều và bán thường xuyên thì tốc độ lọc phải nhanh. Muốn vậy phải đầu tư máy lọc độc tố K.A.G để lọc rượu, máy hoạt động nhờ vào nguồn điện 220v và hạt lọc tiêu chuẩn Châu Âu, lọc nhanh và loại bỏ tạp chất tối đa. Hình 7: Lọc độc tố trong rượu 3. Lắp đặt hệ thống hoàn chỉnh Làm men Nấu chín cơm Ủ men Chưng cất Lọc độc tố Thành phẩm V. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. 1. Đánh giá sản phẩm: 1 .1. Xác định những tạp chất có trong quá trình chưng cất 1.1.1.Ethanol 1.1.2.Hợp chất cacbonyl 1.1.3.Este 1.1.4.Aldehyde 1.1.5.Keton 1.1.6. Alcohol 1.1.7.Alcohol bậc cao 1.1.8. Furfural 1.2. Một số phương pháp xác định hàm lượng ethanol, methanol và aldehyde trong rượu chưng cất 1.2.1. Xác định hàm lượng ethanol + Phương pháp đo tỷ trọng + Phương pháp sử dụng cồn kế 1.2.2.Xác định hàm lượng methanol + Phương pháp sắc ký khí + Phương pháp so so màu 1.2.3. Xác định hàm lượng aldehyde + Phương pháp chuẩn độ Nguyên tắc + Phương pháp so màu Nguyên tắc + Phương pháp sắc ký khí 1.3. Thực nghiệm xác định các thành phần trong rượu Hình 11. Thực hành đo nồng độ cồn bằng cồn kế Kết quả độ cồn của 10 mẫu rượu chưng cất tại cơ sở thực nghiệm trong 10 lần được xác định bằng phương pháp sử dụng cồn kế và được quy đổi về độ cồn ở 20 như bảng sau: Bảng 2: Hàm lượng ethanol trong 10 mẫu rượu chưng cất thực nghiệm. Mẫu Nhiệt độ đo ( ̊ C ) Hàm lượng ethanol biểu kiến (% V/V) Hàm lượng ethanol ở 20 C̊ (% V/V) MR 1 22 44,0 39,2 MR 2 22 42,5 41,7 MR 3 22 49,0 48,2 MR 4 21 41,5 41,4 MR 5 22 44,5 43,7 MR 6 22 50,5 49,7 MR 7 22 45,5 44,7 MR 8 23 40,5 39,2 MR 9 21 41,0 40,6 MR 10 22 44.5 43,7 1.3.2. Xác định hàm lượng methanol 1.3.2.1. Phương pháp sắc ký khí Tiến hành theo quy trình như trong TCVN 8010:2009 đồng thời khảo sát các điều kiện chạy sắc ký khí phù hợp để có thể tách được pic methanol khỏi các pic còn lại trên sắc ký đồ. Thay đổi các điều kiện nhiệt độ cột (từ 30-150) , cách 10), tốc độ dòng qua cột (từ 1 ml/phút - 3 ml/ phút). 1.3.2.2.Phương pháp so màu Hàm lượng methanol trong rượu chưng cất được xác định theo TCVN 8009:2009 bằng phương pháp so màu. Hình 13: Kết quả so màu methanol của 10 mẫu rượu chưng cất khi tiến hành thí nghiệm Kết quả cho thấy không có ống nào màu đậm hơn ống nghiệm methanol chuẩn 250 mg/l, có 5 mẫu (MR 3, 4, 6, 7) màu đậm hơn ống nghiệm methanol chuẩn 100 mg/l và 7 mẫu (MR 10, 9, 1, 2, 5, 8) có màu đậm hơn màu ống nghiệm methanol chuẩn 50 mg/l, riêng ống chứa mẫu trắng không có màu. Kết quả này được chuyển về hàm lượng methanol trong MR quy về độ cồn 100 thể hiện trong bảng 3. Bảng 3: Kết quả phương pháp so màu xác định hàm lượng methanol trong 10 mẫu rượu thí nghiệm C1, C2,...C10 lần lượt là hàm lượng methanol trong MR 1, MR 2, ...MR 10. STT Tên mẫu rượu Độ cồn Khoảng hàm lượng methanol trong MR (mg/l) Hàm lượng methanol trong MR quy về độ cồn 100 (mg/l) 1 MR 1 40,6 50 < C9 < 100 123,2 < C9 < 246,3 2 MR 2 39,2 50 < C2 < 100 127,6 < C2 < 255,1 3 MR 3 43,7 50 < C5 < 100 114,4 < C5 < 228,8 4 MR 4 42,5 100 < C4 < 250 235,3 < C4 < 588,2 5 MR 5 44,7 100 < C7 < 250 224,7 < C7 < 559,3 6 MR 6 42,7 100 < C6 < 250 234,2 < C6 < 585,5 7 MR 7 40,6 50 < C9 < 100 123,2 < C9 < 246,3 8 MR 8 49,7 100 < C8 < 250 202,0 < C8 < 503,0 9 MR 9 43,7 50 < C1 < 100 114,4 < C1 < 228,8 10 MR 10 48,2 100 < C3 < 250 207,5 < C3 < 518,7 Vậy không mẫu rượu nào có hàm lượng methanol vượt quá 2000 mg/l, các mẫu rượu có hàm lượng methanol nằm trong khoảng 114,1 đến 588,2 mg/l (tính theo số mg methanol trong 1 lít ethanol 100). Điều này nghĩa là 10 mẫu rượu được khảo sát đều nằm trong giới hạn cho phép về hàm lượng methanol trong rượu trắng chưng cất theo TCVN 7043:2013 [2]. 1.3.2. Hàm lượng aldehyde Phương pháp so màu Chuẩn bị 1 mẫu trắng chứa 10 ml ethanol 45̊ (không chứa aldehyde) cho vào ống nghiệm số 13 và pha dãy các dung dịch acetaldehyde chuẩn 20 mg/l, 40 mg/l, 80 mg/l, 160 mg/l từ dung dịch chuẩn acetaldehyde 160 mg/l vào 4 ống nghiệm đánh số từ 7 đến 10 như mô tả trong bảng sau: Bảng 4 : Pha dãy dung dịch chuẩn acetaldehyde Dung dịch Ống 7 Ống 8 Ống 9 Ống 10 Acetaldehyde 160 mg/l (ml) 1,25 2,5 5,0 10,0 Cồn 45̊ (ml) 8,75 7,5 5,0 0,0 Nồng độ (mg/l) 20 40 80 160 Kết quả cho thấy ống mẫu trắng không màu, trong 10 ống nghiệm chứa các MR cần phân tích: không 1 ống nghiệm màu đậm hơn màu ống acetaldehyde chuẩn 160 mg/l (MR 7); 3 ống nghiệm (MR 3, 4, 6) có màu đậm hơn màu ống acetaldehyde chuẩn 80 mg/l; 3 ống nghiệm (MR 2, 5, 8) có màu đậm hơn màu ống acetaldehyde chuẩn 40 mg/l và 3 ống nghiệm (MR 9, 10, 1) có màu đậm hơn màu ống acetaldehyde chuẩn 20 mg/l. Bảng 5: Kết quả hàm lượng aldehyde trong 10 mẫu rượu thí nghiệm bằng phương pháp so màu STT Tên mẫu rượu Độ cồn Khoảng hàm lượng aldehyde trong MR (mg/l) Hàm lượng aldehyde trong MR quy về độ cồn 100 (mg/l) 1 MR 1 43,7 40 < C1 < 80 91.5< C1 < 183,1 2 MR 2 39,2 80 < C2 < 160 204,1 < C2 < 408,2 3 MR 3 48,2 40 < C3 < 80 83,0 < C3 < 166,0 4 MR 4 42,5 20 < C4 < 40 47,1 < C4 < 94,1 5 MR 5 43,7 40 < C5 < 80 91,5 < C5 < 183,1 6 MR 6 42,7 40 < C6 < 80 93,7 < C6 < 187,4 7 MR 7 44,7 80 < C7 < 160 179,0 < C7 < 358,0 8 MR 8 49,7 40 < C8 < 80 80,5 < C8 < 161,0 9 MR 9 40,6 20 < C9 < 40 49,3 < C9 < 98,5 10 MR 10 41,4 20 < C10< 40 48,3< C10 < 96,6 Phương pháp sắc ký khí Khảo sát các điều kiện chạy của máy sắc ký khí kết nối detector FID để tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình phân tích acetaldehyde trong rượu. Đánh giá về mô hình nấu rượu khi ứng dụng STEM. - Để giảm chi phí đầu tư nhóm nghiên cứu đã cải tiến nồi nấu thủ công 3 cấp thành nồi nấu bằng điện 3 pha giảm chi phí đầu tư xuống 20 triệu đồng so với mua nồi chức năng tương tự ngoài thị trường. - Để giảm sức lao động nhóm nghiên cứu đã chế bộ thay nước tự động bằng 1 thùng đựng nước cao hơn mặt bằng nồi 2m, lắp hệ thống vòi thay tự động cân nước vào bằng nước ra nên không cần thay nước thủ công. - Để tiết kiệm năng lượng nhóm nghiên cứu đã dùng điện 3 pha cho sản xuất, đồng 1 mức giá 1.700 đ. Nếu dùng củi đun phải ất 4 h và 85.000 đ tiền củi. Nếu dùng điện mất 2,5h và mất 20 số điện với 34.000đ, giảm 51.000đ. - Mặt khác dùng điện sẽ tránh ô nhiễm môi trường. - Để tránh nguy hiểm từ điện phải lắp at chống giật. - Để chủ động khi ra ngoài phải lắp thêm bộ ngắt điện tự động, hẹn sau 2,5h là hết rượu trong nồi nấu 25kg nếp. - Với 1 nhân công cho ra hiệu quả kinh tế 1 tháng 25 triệu đồng và đã chuyển giao thành công cho 2 hộ gia đình. + Hộ ông Hoàng Trọng Thanh tại xóm Đông tiến- Xã Thạch Trung- Thành phố Hà Tĩnh + Hộ bà Nguyễn Thị Ngọc Ánh tại xã Thạch Thanh- Thạch Hà- Hà Tĩnh. Đang tiếp tục chuyển giao cho. + Hộ ông Nguyễn Quốc Việt tại xã Thạch Hạ- Thành phố Hà Tĩnh. Mô hình tại nhà bà Nguyễn Thị Ngọc Ánh. Hạn chế của hệ thống nghiên cứu. - Do nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm mất nhiều thời gian nên chưa áp dụng mô hình nghiên cứu được cho nhiều hộ gia đình. - Chưa có kết quả kiểm nghiệm rượu lần 2 bằng phương pháp sắc kí khí. - Mới áp dụng được cho 2 hộ gia đình, đang tiếp tục áp dụng cho hộ gia đình thứ 3 VI. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 1. Kết luận. Bằng việc sử dụng STEM đã tạo ra được 1 mô hình sản xuất rượu nếp truyền thống công suất vừa, đáp ứng được yêu cầu về chi phí đầu tư của nhiều hộ dân, với chi phí khoảng 25 triệu đồng và thu nhập từ 15 đến 25 triệu đồng 1 tháng. 2. Kiến nghị Với ước mơ của nhóm nghiên cứu là từng bước hoàn thiện để đưa rượu nếp truyền thống của Việt nam ra quốc tế, hi vọng nhận được nhiều nhận xét bổ ích từ quý thầy cô để nhóm nghiên cứu có hi vọng để thực hiện mơ ước của mình. Phụ lục 14 Tập huấn cho GV về dạy học phát triển KN VDKT vào thực tiễn cho HS Phụ lục 15. TỔNG HỢP SỐ LƯỢNG GIÁO VIÊN THPT THAM GIA KHẢO SÁT VÀ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 1. Số giáo viên tham gia khảo sát đánh giá thực trạng về dạy học rèn luyện KN VDKT vào thực tiễn của GV Sinh học cấp THPT TT Đơn vị (GV thuộc tỉnh) Số lượng Thời gian khảo sát Người trực tiếp thực hiện hướng dẫn, khảo sát 1 Hà Tĩnh 64 06-12/2016 Trần Thái Toàn 2 Nghệ An 46 09/2016 Trần Thái Toàn 3 Yên Bái 16 11/2016 Trần Thái Toàn 4 Trà Vinh 52 10/2016 Phan Thị Thanh Hội 5 Long An 49 03/2017 Phan Thị Thanh Hội 6 Bến Tre 38 03/2017 Phan Thị Thanh Hội 7 Cần Thơ 37 04/2017 Phan Thị Thanh Hội Cộng 302 2. Danh sách giáo viên tham gia thực nghiệm sư phạm TT Họ và tên Năm sinh Năm vào nghề Đơn vị công tác hiện nay 1 Trần Thái Toàn 1979 2002 Sở GDĐT Hà Tĩnh 2 Thái Thị Kim Lộc 1977 1999 Trường THPT Thành Sen 3 Nguyễn Thị Kim Dung 1980 2002 Trường THPT Nguyễn Đổng Chi 4 Nguyễn Văn Hòa 1986 2009 Trường THPT Nguyễn Đổng Chi 5 Lưu Thị Thủy 1981 2003 Trường THPT Hương Khê 6 Nguyễn Văn Hòa 1982 2009 Trường THPT Nghi Xuân 7 Nguyễn Thị Diệu 1985 2009 Trường THPT Mai Thúc Loan 8 Nguyễn Văn Dũng 1983 2005 Trường THPT Nghèn Phụ lục 16 TỔNG HỢP SỐ LƯỢNG HỌC SINH THPT THAM GIA KHẢO SÁT VÀ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Đợt thực nghiệm Đối tượng Trường THPT Thời gian thực nghiệm (từ tháng đến tháng) GV thực nghiệm học sinh Số lượng Thực nghiệm khảo sát 11A 29 THPT Thành Sen 9/2017-11/2017 Trần Thái Toàn 10A 32 THPT Thành Sen 10A3 42 THPT Hương Khê 11/2017-12/2017 Lưu Thị Thủy Cộng 103 Thực nghiệm chính thức 10A 31 THPT Thành Sen 09/2018-11/2019 Trần Thái Toàn Thái Thị Kim Lộc 10B 34 10A2 39 THPT Hương Khê Trần Thái Toàn Lưu Thị Thủy 10A14 39 11A 37 THPT Nguyễn Đổng Chi Nguyễn Thị Kim Dung 11E 35 12A 31 Nguyễn Văn Hòa 12D 34 11A5 39 THPT Nghèn Nguyễn Văn Dũng 11A13 35 11A13 33 THPT Mai Thúc Loan Nguyễn Thị Diệu 11A9 38 11A1 37 THPT Nghi Xuân Nguyễn Văn Hòa 11A3 35 Cộng 497 Phụ lục 17. Một số hình ảnh HS thực hiện các dự án học tập Hoạt động trải nghiệm bảo vệ môi trường Hoạt động trải nghiệm sản xuất rau sạch