Tổng quan nghiên cứu

Thực tiễn giáo dục phổ thông cho thấy khoảng 72% học sinh gặp nhiều rào cản trong việc vận dụng lý thuyết hóa học vào thực tế đời sống, bắt nguồn từ phương pháp dạy học nặng về truyền thụ một chiều và thiếu vắng các hoạt động trải nghiệm thực hành. Môn Hóa học là môn khoa học thực nghiệm, nhưng việc giảng dạy tại nhiều trường trung học phổ thông vẫn còn thiên về lý thuyết hàn lâm, khiến học sinh thụ động và thiếu hụt kỹ năng giải quyết vấn đề. Trước yêu cầu đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực người học, việc nghiên cứu các giải pháp sư phạm nhằm nâng cao năng lực thực hành cho học sinh trở thành một đòi hỏi cấp thiết.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Hóa học của tác giả Phạm Thị Hương (Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Thị Kim Giang) tập trung giải quyết bài toán cốt lõi: Thiết kế và sử dụng hệ thống thí nghiệm hóa học gắn với đời sống trong dạy học chương Cacbohiđrat – Hóa học 12 nhằm phát triển toàn diện năng lực thực nghiệm hóa học cho học sinh. Nghiên cứu được triển khai khảo sát và thực nghiệm sư phạm trực tiếp tại các trường trung học phổ thông thuộc huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định (tiêu biểu là Trường THPT Tống Văn Trân và Trường THPT Mỹ Tho) trong năm học 2017 – 2018.

Ý nghĩa của công trình được chứng minh qua những kết quả thực chứng rõ nét: Nâng tỷ lệ học sinh đạt mức độ khá và giỏi về kỹ năng thực nghiệm lên hơn 25%, gia tăng mức độ hứng thú học tập từ 48% lên trên 85%, đồng thời cải thiện điểm số kiểm tra trung bình của học sinh lớp thực nghiệm cao hơn từ 0.86 đến 1.05 điểm so với lớp đối chứng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống lý thuyết dạy học hiện đại, trọng tâm là Thuyết kiến tạo (Constructivism) và Mô hình dạy học định hướng phát triển năng lực người học theo Chương trình Giáo dục phổ thông. Tác giả đã chuẩn hóa 4 khái niệm nền tảng bao gồm: Năng lực người học, Dạy học tích cực, Thí nghiệm hóa học thực tiễn và Năng lực thực nghiệm hóa học.

Trong nghiên cứu này, năng lực thực nghiệm hóa học được xác định là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để thực hiện thành công các hoạt động thực nghiệm nhằm khám phá, chứng minh hoặc giải quyết một vấn đề học tập và thực tiễn. Cấu trúc năng lực thực nghiệm được mô hình hóa thành 3 thành tố cốt lõi:

  1. Năng lực lập kế hoạch và thiết kế thí nghiệm (lựa chọn dụng cụ, hóa chất, đề xuất quy trình thực hiện an toàn).
  2. Năng lực thao tác và tiến hành thí nghiệm (lắp ráp dụng cụ, thực hiện chính xác các thao tác kỹ thuật, kiểm soát an toàn phòng thí nghiệm).
  3. Năng lực quan sát, xử lý dữ liệu và rút ra kết luận khoa học (ghi nhận hiện tượng, viết phương trình hóa học, giải thích bản chất và ứng dụng).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu định tính và định lượng:

  • Dữ liệu khảo sát thực trạng: Thu thập từ 120 giáo viên Hóa học và 380 học sinh tại các trường THPT trên địa bàn huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định nhằm đánh giá thực trạng dạy học thực hành.
  • Dữ liệu thực nghiệm sư phạm: Triển khai trên 4 lớp học với tổng số 168 học sinh lớp 12 (chia thành 2 lớp thực nghiệm và 2 lớp đối chứng tương đương) tại Trường THPT Tống Văn Trân và Trường THPT Mỹ Tho.

Phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng kết hợp tương đương cặp đôi giữa lớp thực nghiệm (TN) và lớp đối chứng (ĐC), bảo đảm sự đồng đều tuyệt đối về trình độ học lực đầu vào môn Hóa học và điều kiện cơ sở vật chất phòng học.

Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê toán học chuyên sâu trong giáo dục (tính điểm trung bình cộng, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên, kiểm định tham số Student t-test và xây dựng đường phân phối tần suất lũy tích) để so sánh kết quả định lượng. Đồng thời, tác giả kết hợp bộ công cụ bảng kiểm quan sát Rubric 4 mức độ nhằm lượng hóa sự tiến bộ hành vi của học sinh trong từng tiêu chí thực nghiệm.

Tiến trình nghiên cứu diễn ra trong 12 tháng (từ tháng 10/2017 đến tháng 10/2018), chia làm 3 giai đoạn: Nghiên cứu lý luận và điều tra thực trạng (tháng 10/2017 – 01/2018); Thiết kế bộ thí nghiệm, kế hoạch bài dạy và triển khai thực nghiệm sư phạm (tháng 02/2018 – 05/2018); Xử lý dữ liệu, kiểm định giả thuyết và hoàn thiện luận văn (tháng 06/2018 – 10/2018).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực trạng ban đầu cho thấy có tới 64.5% giáo viên chủ yếu sử dụng hình thức biểu diễn thí nghiệm minh họa thay vì tổ chức cho học sinh tự làm thí nghiệm; chỉ có 21.8% học sinh đạt mức độ tốt về năng lực tự lực thực nghiệm. Sau khi áp dụng hệ thống 12 thí nghiệm thực tiễn và các biện pháp dạy học tích cực trong chương Cacbohiđrat, kết quả thu được có sự chuyển biến vượt bậc:

Thứ nhất, kết quả bài kiểm tra định lượng số 1 tại Trường THPT Tống Văn Trân và THPT Mỹ Tho ghi nhận điểm trung bình của nhóm thực nghiệm đạt 7.68 điểm, cao hơn rõ rệt so với nhóm đối chứng là 6.82 điểm (chênh lệch +0.86 điểm; độ tin cậy p < 0.05).

Thứ hai, ở bài kiểm tra định lượng số 2, khoảng cách tiếp tục được nới rộng khi nhóm thực nghiệm đạt điểm trung bình 8.15 điểm, trong khi nhóm đối chứng chỉ đạt 7.10 điểm (chênh lệch +1.05 điểm). Tỷ lệ học sinh đạt loại Giỏi (từ 8.0 đến 10 điểm) ở nhóm thực nghiệm đạt 46.4%, cao hơn 22.1% so với nhóm đối chứng (chỉ đạt 24.3%). Tỷ lệ học sinh yếu kém ở nhóm thực nghiệm giảm xuống còn 0%, so với mức 3.6% của lớp đối chứng.

Thứ ba, sự tiến bộ về các tiêu chí kỹ năng thực nghiệm đo bằng bảng kiểm quan sát của nhóm thực nghiệm tăng 31.5% sau quá trình can thiệp. Học sinh đã chủ động thực hiện thành công các thí nghiệm gần gũi như: Thủy phân tinh bột bằng enzym trong dịch bọt, nhận biết glucozơ trong nước ép hoa quả, thủy phân nước mía ép, xác định tinh bột tạo thành qua quang hợp ở lá cây.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của nhóm thực nghiệm bắt nguồn từ việc đổi mới phương thức tiếp cận: Chuyển từ quan sát thụ động sang tự tay làm thí nghiệm nghiên cứu theo nhóm, kết hợp câu hỏi định hướng tư duy. Các thí nghiệm sử dụng nguyên liệu đời sống (nước mía, cồn iot sinh hoạt, chanh, dịch bọt) giúp học sinh dễ dàng liên hệ kiến thức lý thuyết về nhóm chức Cacbohiđrat với các hiện tượng thực tế, kích hoạt tư duy phân tích sâu sắc.

Kết quả nghiên cứu hoàn toàn tương thích với các công trình nghiên cứu hiện đại về phương pháp dạy học Hóa học, khẳng định việc rèn luyện năng lực thực nghiệm giúp nâng cao khả năng ghi nhớ kiến thức lâu dài hơn 35% so với phương pháp giảng dạy thuyết trình truyền thống.

Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa qua biểu đồ đường phân phối tần suất lũy tích (Cumulative Frequency Graph). Đồ thị đường lũy tích của các lớp thực nghiệm tại cả hai trường THPT Tống Văn Trân và THPT Mỹ Tho luôn nằm lệch hẳn về phía bên phải so với các lớp đối chứng. Điều này chứng minh rằng tại bất kỳ ngưỡng điểm số nào, tỷ lệ học sinh đạt điểm cao của nhóm thực nghiệm luôn vượt trội một cách ổn định và mang tính quy luật.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực chứng, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp cụ thể nhằm nhân rộng mô hình:

  1. Chuẩn hóa và tích hợp hệ thống thí nghiệm thực hành đời sống vào phân phối chương trình: Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Nam Định cùng tổ chuyên môn các trường THPT cần đưa tối thiểu 5 đến 7 thí nghiệm thực tiễn (như phản ứng tráng bạc bằng nước hoa quả, thủy phân nước cháo bằng axit xitric trong chanh) vào kế hoạch bài dạy chính khóa Hóa học 12, hoàn thành áp dụng ngay trong học kỳ I năm học tới.
  2. Đổi mới đồng bộ công cụ kiểm tra và đánh giá năng lực thực nghiệm: Giáo viên bộ môn Hóa học cần áp dụng bộ công cụ Rubric 4 mức độ kết hợp bảng kiểm quan sát vào 100% các tiết học thực hành và luyện tập, hướng tới mục tiêu giảm tỷ lệ học sinh thao tác yếu kém xuống dưới 5% trong vòng 6 tháng triển khai.
  3. Tổ chức bồi dưỡng năng lực sư phạm thực nghiệm cho đội ngũ giáo viên: Ban giám hiệu các trường THPT phối hợp cùng chuyên viên bộ môn tổ chức định kỳ 4 đợt tập huấn chuyên đề/năm về kỹ năng thiết kế thí nghiệm thay thế từ vật liệu gia dụng, đào tạo 100% giáo viên Hóa học chuyển đổi thành công từ thí nghiệm biểu diễn sang thí nghiệm do học sinh tự tiến hành.
  4. Xây dựng và khai thác kho học liệu số thí nghiệm hóa học an toàn: Nhóm chuyên môn Hóa học nhà trường phát triển kho tài liệu mở bao gồm 20 video hướng dẫn thực hành an toàn và cẩm nang hướng dẫn chế biến hóa chất thay thế giá rẻ, hoàn thiện trong thời gian 9 tháng để chia sẻ đồng bộ trên cổng thông tin giáo dục điện tử.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng trọng điểm:

  1. Giáo viên Hóa học cấp trung học phổ thông: Khai thác trực tiếp hệ thống giáo án mẫu chi tiết, quy trình thực hiện hơn 10 thí nghiệm sáng tạo chương Cacbohiđrat và phương pháp quản lý lớp học thực hành hiệu quả, an toàn.
  2. Cán bộ quản lý chuyên môn và Chuyên viên Sở, Phòng Giáo dục và Đào tạo: Sử dụng làm tài liệu căn bản để xây dựng chuẩn đánh giá năng lực thực nghiệm Hóa học, chỉ đạo chuyên đề đổi mới phương pháp giảng dạy theo Chương trình GDPT 2018.
  3. Sinh viên, Học viên cao học chuyên ngành Sư phạm Hóa học và Lý luận dạy học: Tham khảo khung phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm sư phạm, kỹ thuật thiết kế bảng kiểm quan sát Rubric và phương pháp xử lý số liệu thống kê giáo dục chuẩn mực bằng toán học.
  4. Tác giả và Chuyên gia biên soạn sách giáo khoa, tài liệu tham khảo: Kế thừa các đề xuất thí nghiệm thay thế từ vật liệu tự nhiên, dễ tìm, chi phí thấp để đưa vào các bộ sách giáo khoa và tài liệu giáo dục địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Luận văn này giải quyết vấn đề cấp thiết nào trong giảng dạy Hóa học hiện nay? Luận văn khắc phục triệt để tình trạng dạy lý thuyết chay và thí nghiệm mang tính hình thức bằng cách xây dựng hệ thống 12 thí nghiệm thực tiễn chương Cacbohiđrat (như nhận biết đường bằng nước mía ép, thủy phân tinh bột bằng enzym dịch bọt). Giải pháp này giúp tỷ lệ học sinh khá giỏi thực hành tăng hơn 25% và hình thành tư duy khoa học độc lập.

Hệ thống thí nghiệm đề xuất có đòi hỏi phòng thí nghiệm hiện đại và tốn kém chi phí không? Không. Toàn bộ thí nghiệm được thiết kế tối ưu dựa trên các nguyên liệu đời sống dễ kiếm như nước hoa quả, chanh, cồn iot y tế, nước cháo và bông gòn. Khảo sát thực tế cho thấy 100% các trường phổ thông đều triển khai thuận lợi với chi phí giảm hơn 60% so với mua sắm hóa chất công nghiệp chuyên dụng.

Bộ công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm trong luận văn bao gồm những thành phần nào? Bộ công cụ gồm 3 bảng mô tả tiêu chí theo 4 mức độ đạt chuẩn, kết hợp bảng kiểm quan sát dành cho giáo viên và phiếu tự đánh giá của học sinh. Thử nghiệm trên 168 học sinh cho thấy công cụ này định lượng chính xác sự tiến bộ kỹ năng thực nghiệm với mức tăng trưởng 31.5%.

Sự khác biệt rõ nét nhất về kết quả học tập giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng là gì? Lớp thực nghiệm đạt điểm trung bình bài kiểm tra số 2 là 8.15 điểm (cao hơn 1.05 điểm so với lớp đối chứng là 7.10 điểm). Tỷ lệ học sinh đạt điểm giỏi ở lớp thực nghiệm đạt 46.4% (vượt trội hơn 22.1% so với lớp đối chứng), đồng thời 85% học sinh bày tỏ sự yêu thích đặc biệt với môn học.

Mô hình phát triển năng lực thực nghiệm này có thể áp dụng cho các chương học khác không? Hoàn toàn có thể. Quy trình 4 bước lựa chọn và thiết kế thí nghiệm gắn với đời sống trong luận văn có thể chuyển giao hiệu quả sang các chương học khác như Amin - Aminoaxit - Protein, Polime hay Hóa học Hữu cơ lớp 11, tạo nên sự chuyển biến đồng bộ cho chương trình Hóa học THPT.

Kết luận

  • Hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý luận về năng lực thực nghiệm hóa học, xác lập chuẩn cấu trúc gồm 3 thành tố cốt lõi và tiêu chí đánh giá khoa học.
  • Thiết kế và chuẩn hóa 12 thí nghiệm hóa học gắn liền với thực tiễn đời sống và thí nghiệm thay thế tiết kiệm cho chương Cacbohiđrat – Hóa học 12.
  • Xây dựng trọn bộ kế hoạch bài dạy bài hình thành kiến thức, bài luyện tập và bài thực hành theo định hướng phát triển năng lực người học.
  • Triển khai thực nghiệm sư phạm bài bản tại 4 lớp học ở Trường THPT Tống Văn Trân và THPT Mỹ Tho (Nam Định), khẳng định tính khả thi vượt trội với điểm số kiểm tra tăng từ 0.86 đến 1.05 điểm (p < 0.05).
  • Đóng góp bộ công cụ bảng kiểm quan sát và phiếu tự đánh giá Rubric chuẩn mực, hỗ trợ đắc lực cho công tác kiểm tra đánh giá của giáo viên phổ thông.

Luận văn của tác giả Phạm Thị Hương là một công trình khoa học giáo dục nghiêm túc, mang tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp thiết thực vào tiến trình đổi mới căn bản phương pháp dạy học bộ môn Hóa học ở trường trung học phổ thông. Trong 6 tháng tới, các tổ chuyên môn Hóa học tại các cơ sở giáo dục phổ thông nên chủ động áp dụng các quy trình và hệ thống thí nghiệm này vào giảng dạy. Hãy tham khảo và tải trọn vẹn tài liệu luận văn để tối ưu hóa phương pháp giảng dạy Hóa học thực nghiệm ngay hôm nay!