Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo hướng tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Thông qua cách tiếp cận giáo dục tích hợp trong STEM, học sinh nhận thức được sự giao thoa giữa các ngành khoa học và toán học, thấy được sự cần thiết của các kiến thức khoa học để giải quyết một vấn đề thực tiễn hay tạo nên một sản phẩm. Đồng thời, trong quá trình đó HS được khuyến khích sáng tạo, khơi gợi niềm say mê học tập và giúp các em khám phá tiềm năng của bản thân. Mục đích chính của các chương trình giáo dục STEM là tạo cho các em hứng thú học tập, tạo ra những con người tương lai, có đầy đủ phẩm chất, năng lực, bản lĩnh để thích nghi với cuộc sống hiện đại, như các năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.
Sinh học là một môn khoa học nằm trong thành tố của Giáo dục STEM, việc tổ chức dạy học kiến thức Sinh học theo định hướng giáo dục STEM chính là một hướng nghiên cứu hiệu quả giúp nội dung học tập gắn liền với thực tiễn, giúp HS hình thành được những kỹ năng cần thiết để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại.
Hiện nay, do có nhiều lo ngại về an toàn thực phẩm, trong đó lo ngại về dư lượng thuốc trừ sâu và phân hóa học tồn dư trên rau, củ, quả nên nhiều gia đình tại các thành phố lớn tìm giải pháp tự trồng rau sạch. Vấn đề đặt ra là thực hiện trồng thế nào? Chăm sóc ra sao? các sản phẩm cây trồng liệu có đảm bảo an toàn khi sử dụng? là những câu hỏi lớn cần giải đáp. Trong dạy học chủ đề, học sinh sẽ thực hiện dự án “Trồng cây với dung dịch thủy canh từ phân bón hóa học”, dựa trên những nghiên cứu và thử nghiệm ở mức độ cơ bản của các kiến thức môn Hóa học 11, Sinh học 10, Vật lí 10 và Công nghệ 10. Việc thực hiện dự án nhằm tìm ra căn cứ của việc sử dụng dung dịch thủy canh từ phân bón hóa học cho một số loại cây trồng phát triển tốt và đảm bảo an toàn sinh học. Dự án học tập này có khả năng tổ chức để HS thực hiện các hoạt động học tập môn khoa học như Hóa học, Sinh học, Vật lí, công nghệ và nghiên cứu thử nghiệm theo quy trình khoa học, kĩ thuật.
1. Tiêu chí xây dựng chủ đề
Chủ đề STEM: Trồng cây thủy canh được xây dựng dựa trên các tiêu chí:
Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề thực tiễn
“trồng cây thủy canh” xuất phát từ vấn đề thực tiễn là trồng rau sạch.
Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật
(1) Xác định vấn đề - (2) Nghiên cứu kiến thức nền- (3) Đề xuất ý tưởng cho giải pháp – (4) Lựa chọn giải pháp tối ưu – (5) Phát triển và chế tạo mô hình – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Hoàn thiện thiết kế.
Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm
Trồng cây thủy canh: Khơi dậy óc tò mò của HS: Nếu chúng ta thay đổi phương pháp trồng rau hoàn toàn trong nước mà không cần tới đất theo em có khả thi không? Trồng rau thủy canh có phải là giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề trồng rau sạch không?
Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo
Trong bài học STEM trồng cây thủy canh, GV chỉ cung cấp cho HS bộ câu hỏi gợi ý, định hướng mà không cung cấp cụ thể chi tiết các bước tiến hành như thế nào. HS sẽ phải chủ động suy nghĩ, làm việc nhóm và thảo luận với nhau nhiều để quyết định chọn cách thực hiện nào.
Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán học mà học sinh đã và đang học
Trồng cây thủy canh kết nối và tích hợp nội dung ở lĩnh vực khoa học (sinh học, vật lý, hóa học), công nghệ và toán học.
Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là 1 phần cần thiết trong học tập
Trồng cây thủy canh, phương án giải quyết vấn đề là do HS suy nghĩ, làm việc nhóm và thảo luận với nhau lựa chọn cách thực hiện. Các nhóm sẽ có nhiều phương án khả thi, nhưng có thể sẽ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Qua đó HS được “nếm trải” qua các cảm xúc của thất bại cũng như thành công trong quá trình học tập.
2. Quy trình thực hiện
. Bước 1: Lựa chọn chủ đề
- Nội dung: Rễ cây hấp thụ nước và các ion khoáng. Trong các nguyên tố dinh dưỡng khoáng cây cần 17 nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu. Việc thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển của cây, cây không hoàn thành được chu trình sống. Việc cung cấp liệu lượng phân bón cao quá mức cần thiết sẽ không chỉ gây độc hại đối với cây mà còn gây ô nhiễm nông phẩm và môi trường.
- Vấn đề thực tiễn: Trồng rau sạch
- Sản phẩm ứng dụng: Mô hình trồng rau thủy canh
- Chủ đề STEM: Trồng cây thủy canh
Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề STEM “Trồng cây thủy canh”
a) Kiến thức:
- Nêu được khái niệm: Nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu, các nguyên tố dinh dưỡng đại lượng và vi lượng.
- Mô tả được một số dấu hiệu điển hình khi thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu và nêu được vai trò đặc trưng nhất của các nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu.
- Liệt kê được các nguồn cung cấp dinh dưỡng khoáng cho cây, dạng phân bón (muối khoáng) mà cây hấp thụ được.
- Trình bày được ý nghĩa của liều lượng phân bón hợp lí đối với cây trồng môi trường và sức khỏe con người.
b) Kỹ năng:
- Thiết kế các bản vẽ, mô hình trồng rau thủy canh.
- Xây dựng được nguyên lý hoạt động của dạng mô hình thủy canh hồi lưu.
- Chế tạo và lắp ráp các sản phẩm theo phương án thiết kế.
- Bố trí được các thí nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thiếu một vài nguyên tố khoáng thiết yếu đến sinh trưởng phát triển của cây => Quan sát và giải thích => Kết luận.
- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến các mô hình.
- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện.
c) Thái độ:
- Củng cố thêm niềm tin vào khoa học.
- Ý thức bảo vệ môi trường, yêu thiên nhiên.
- Say mê nghiên cứu khoa học.
- Nhiệt tình, năng động trong quá trình gia công, lắp ráp sản phẩm.
- Có tinh thần xây dựng nhóm, trách nhiệm đối với các nhiệm vụ chung của nhóm.
- Nghiêm túc trong việc phát hiện năng lực, sở trường của mình để có thể định hướng được nghề nghiệp cho bản thân.
d) Các năng lực cần hướng tới: Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn, năng lực tự học, năng lực nghiên cứu khoa học, năng lực hợp tác, năng lực sáng tạo.
Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề STEM
Bộ câu hỏi định hướng:
1. Vì sao cần phải trồng rau sạch? 2. Hiện nay có những phương pháp trồng rau sạch nào? Ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp? 3. Có những loại mô hình thủy canh nào? Loại mô hình nào tạo điều kiện thuận lợi nhất để cây hấp thụ chất dinh dưỡng tốt hơn? 4. Hệ thống thủy canh hồi lưu có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động như thế nào? 5. Từ các những nguyên liệu gần gũi, vật liệu phế thải, làm thế nào để có được mô hình trồng rau thủy canh hồi lưu. 6. Để cây trồng phát triển khỏe mạnh thì trồng rau thủy canh phải đảm bảo những nhu cầu nào của cây trồng? 7. Vì sao cần phải cung cấp đầy đủ các nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu cho cây trồng? 8. Bố trí thí nghiệm như thế nào để có thể nghiên cứu được ảnh hưởng của việc thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu đối với cây trồng? Mô tả một số dấu hiệu điển hình khi cây thiếu một vài nguyên tố khoáng thiết yếu.
|
Bước 4: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề
Tiêu chí | Tốt (5 điểm) | Đạt (3 điểm) | Chưa đạt (1 điểm) | Điểm đạt được |
Quy trình | - Xây dựng quy trình hợp lí, logic, khoa học. - Giải thích được quy trình | - Xây dựng quy trình hợp lí, logic, khoa học. - Không giải thích được quy trình | - Không xây dựng quy trình.
|
|
Dung dịch pha chế | - Pha chế được dung dịch dinh dưỡng từ các loại phân bón theo quy trình đề xuất. - Xác định được thành phần dinh dưỡng, các chỉ số của dung dịch | - Pha chế được dung dịch dinh dưỡng từ các loại phân bón theo quy trình đề xuất. - Không xác định được thành phần dinh dưỡng, các chỉ số của dung dịch | - Không pha chế được dung dịch dinh dưỡng từ các loại phân bón.
|
|
Dụng cụ trồng cây | - Hình thức đẹp - Tận dụng các loại rác thải sinh hoạt - Bố trí khoảng cách hợp lí | -Hình thức tương đối đẹp. -Chưa tận dụng được tối đa rác thải sinh hoạt. -Bố trí còn có chỗ chưa hợp lí | - Hình thức xấu - Không tận dụng rác thải -Bố trí không hợp lí |
|
Trồng cây | - Cây trồng sinh trưởng phát triển tốt. - Có thí nghiệm đối chứng | - Cây trồng sinh trưởng phát triển tốt. -Không Có thí nghiệm đối chứng | -Cây trồng không sinh trưởng phát triển được - Không có thí nghiệm đối chứng |
|
Tính sáng tạo | Sản phẩm có sáng tạo, có tư duy vận dụng thực tế cao, ứng dụng linh hoạt. | Sản phẩm thể hiện được sự sáng tạo nhưng chưa linh hoạt. | Sản phẩm còn khuôn mẫu, chưa linh hoạt. |
|
Thuyết trình sản phẩm | - Bài thuyết trình cô đọng, logic. - Tác phong tự tin | - Bài thuyết trình cô đọng, logic. - Tác phong chưa tự tin | - Bài thuyết trình còn sai sót, chưa đầy đủ - Tác phong chưa tự tin |
|
Trả lời câu hỏi | Trả lời đúng, đầy đủ các ý | Trả lời còn chưa đầy đủ | Không trả lời được |
|
Tổng điểm |
| |||
Bước 5: Xác định nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề trong chủ đề STEM
Tên sản phẩm | Khoa học (S) | Công nghệ (T) | Kĩ thuật (E) | Toán học (M) |
Trồng cây thủy canh | - Sinh học: Cơ chế hấp thu nước và muối khoáng ở rễ, vai trò của các nguyên tố khoáng, ảnh hưởng của các tác nhân môi trường đối với quá trình hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ cây. - Vật lý: Hoạt động của máy bơm, Timer. - Hóa học: Pha chế dung dịch dinh dưỡng phù hợp với từng loại rau, xác định được độ pH, ppm trong dung dịch. | Thiết kế thùng chứa dung dịch thủy canh, rọ đựng giá thể trồng rau, giá thể, mô hình thủy canh, bút đo pH, bút đo ppm | Bản vẽ và mô hình chế tạo thủy canh hồi lưu, mô hình thủy canh tĩnh. | Đo khoảng cách giữa các rọ giá thể, tính toán tỉ lệ pha dung dịch thủy canh. Đo chiều cao cây trong các loại môi trường dinh dưỡng thủy canh khác nhau. |
Bước 6: Thiết kế và tổ chức hoạt động học tập
Bước | Hoạt động của giáo viên | Hoạt động của học sinh | |||||||||||
Bước 1: Nêu vấn đề thực tiễn
Bước 2: Xác định hướng giải quyết vấn đề thực tiễn
| Thời gian: Bước 1 và bước 2 thực hiện 1 tiết trên lớp | ||||||||||||
Hoạt động 1: Nêu tên dự án và lựa chọn giải pháp | |||||||||||||
Đưa ra tình huống có vấn đề về thực trạng rau nhiễm hóa chất độc hại, nhu cầu rau sạch hiện nay bằng 1 câu chuyện hoặc 1 đoạn video. | Tìm hiểu, phân tích được tình huống từ đó xác định được vấn đề cần giải quyết. | ||||||||||||
Tổ chức cho HS đề xuất các giải pháp bằng câu hỏi định hướng: + Vì sao cần phải trồng rau sạch? + Hiện nay có những phương pháp trồng rau sạch nào? Ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp. | - HS thảo luận, trả lời các câu hỏi định hướng của GV để đề xuất các giải pháp khắc phục - Phân tích các giải pháp và lựa chọn giải pháp tối ưu. | ||||||||||||
Thống nhất giải pháp.
| Đặt tên cho giải pháp: Thiết kế mô hình trồng rau thủy canh. | ||||||||||||
Hoạt động 2: Lập kế hoạch thực hiện dự án | |||||||||||||
- Phân chia nhóm: - Phát bộ câu hỏi định hướng giải quyết vấn đề cho HS. - Giáo viên phát các phiếu đánh giá: Đánh giá sản phẩm, đánh giá hoạt động cho HS. | + Thiết kế và chế tạo mô hình trồng rau thủy canh + Bố trí được thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của việc thiếu một vài nguyên tố khoáng thiết yếu đến sinh trưởng phát triển của cây. + Trồng và chăm sóc rau thủy canh. + Thiết kế powerPoint và trình bày. | ||||||||||||
- Thống nhất kế hoạch triển khai tiếp theo.
| |||||||||||||
Bước 3: Tìm hiểu kiến thức nền | Hoạt động ngoài giờ lên lớp | ||||||||||||
Hướng dẫn HS tìm hiểu các tài liệu đã cung cấp.
| HS tìm hiểu tài liệu từ sách giáo khoa Sinh học, Công nghệ, tài liệu GV cung cấp, internet, tạp chí khoa học… về mô hình trồng rau thủy canh. | ||||||||||||
Bước 4: Báo cáo kiến thức nên | - Tổ chức cho các nhóm báo cáo kết quả và phản hồi. - Gợi ý các nhóm nhận xét, bổ sung cho các nhóm khác. | - Các nhóm báo cáo kết quả -Trình chiếu PowerPoint - Các nhóm tham gia phản hồi về phần trình bày của nhóm bạn | |||||||||||
Bước 5: Giải quyết vấn đề | Thời gian: khoảng 2 tuần, hoạt động vào thời gian ngoài giờ lên lớp | ||||||||||||
- Nhiệm vụ của HS: * Xây dựng mô hình trồng cây thủy canh (1) Thiết kế mô hình (2) Chế tạo mô hình thủy canh (3) Pha chế dung dịch thủy canh (4) Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của việc thiếu một vài nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu đến sinh trưởng phát triển của cây TN1: Trồng rau thủy canh bằng dung dịch phân bón NPK TN2: Trồng rau thủy canh bằng dung dịch thiếu N TN3: Trồng rau thủy canh bằng dung dịch thiếu P TN4: Trồng rau bằng nước sạch. * Hoàn thành báo cáo để chuẩn bị trình bày sản phẩm - HS hoàn thiện sản phẩm. - Viết báo cáo trình bày về sản phẩm: Vật liệu, cách làm, cách vận hành sản phẩm, tính ứng dụng của sản phẩm. - Sử dụng PowerPoint để xây dựng bản thuyết minh cho nhóm. | |||||||||||||
Bước 6: báo cáo sản phẩm | Thời gian: 1 tiết ; Địa điểm : Tại lớp học 11A1 Hoạt động 1: Báo cáo kết quả và hình thành kiến thức mới GV: - Tổ chức cho các nhóm báo cáo kết quả và phản hồi. - Gợi ý các nhóm nhận xét, bổ sung cho các nhóm khác. HS: - Các nhóm báo cáo kết quả -Trình chiếu PowerPoint - Các nhóm tham gia phản hồi về phần trình bày của nhóm bạn | ||||||||||||
Hoạt động 2: Đánh giá và rút kinh nghiệm - GV hướng dẫn HS tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng. Sau đó GV sẽ đánh giá HS và công bố kết quả chấm dựa trên bảng tiêu chí . - Mở rộng kiến thức: Giới thiệu về mô hình thủy canh nuôi cá. HS sử dụng các phiếu để tự đánh giá và đánh giá lẫn nhau | |||||||||||||
3. Một số hình ảnh học tập của HS
|
|
HS chuẩn bị dụng cụ, thiết kế dụng cụ trồng cây
|
|
Chuẩn bị giá thể và gieo hạt
Ghi lại nhật kí trồng cây
Lập biểu đồ so sánh sinh trưởng của cây
Trưng bày sản phẩm
Báo cáo và thảo luận
