Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018, môn Khoa học tự nhiên là môn học bắt buộc ở cấp Trung học cơ sở (THCS), đóng vai trò nền tảng trong việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học, tư duy logic cũng như năng lực thực nghiệm của học sinh. Khoa học tự nhiên vốn mang bản chất là khoa học thực nghiệm, do đó việc tổ chức các hoạt động thực hành, thí nghiệm và trải nghiệm sáng tạo giữ vị trí đặc biệt quan trọng. Giáo dục STEAM (tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Nghệ thuật và Toán học) được xác định là định hướng giáo dục tiên tiến, chuyển trọng tâm từ truyền thụ thụ động sang phát triển phẩm chất và năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn thông qua việc tự tay chế tạo các sản phẩm hữu ích.

Xuất phát từ thực tế muỗi là vật trung gian truyền nhiều bệnh nguy hiểm, đặc biệt là bệnh sốt rét do nguyên sinh vật gây ra, việc sử dụng các sản phẩm xua đuổi côn trùng từ hóa chất nhân tạo thường tiềm ẩn nguy cơ kích ứng và ảnh hưởng sức khỏe. Trong khi đó, cây sả chanh là nguồn thảo mộc thiên nhiên quen thuộc, giá thành rẻ, an toàn và có chứa các hoạt chất đuổi muỗi hiệu quả. Tác giả Trần Thị Thanh Tâm đã thực hiện đề tài nhằm khai thác tiềm năng của nguồn nguyên liệu thiên nhiên này vào việc thiết kế bài dạy môn Khoa học tự nhiên 6, kết nối lý thuyết sinh học - hóa học với kỹ năng chế tạo thực tiễn.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Khai thác và đưa nguồn nguyên liệu thảo mộc tự nhiên gần gũi vào tiến trình dạy học môn Khoa học tự nhiên.
  2. Thiết kế hoạt động học tập tạo ra sản phẩm vừa phục vụ mục tiêu chiếm lĩnh tri thức, vừa có giá trị sử dụng thực tế trong sinh hoạt gia đình.
  3. Tận dụng nguồn nguyên liệu an toàn, chi phí thấp nhằm phát triển kỹ năng thực hành, năng lực sáng tạo và ý thức bảo vệ sức khỏe, môi trường cho học sinh.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Nghiên cứu hệ thống cơ sở lý luận về dạy học truyền thống và dạy học theo định hướng giáo dục STEAM.
  2. Nghiên cứu đặc điểm thực vật học của cây sả chanh, thành phần hóa học và tác dụng xua đuổi côn trùng của tinh dầu sả.
  3. Nghiên cứu tổng quan chương trình môn Khoa học tự nhiên lớp 6, trọng tâm là chủ đề "Đa dạng thế giới sống".
  4. Xây dựng kế hoạch bài dạy hoàn chỉnh cho "Dự án: Làm tinh dầu sả đuổi muỗi phòng bệnh sốt rét" thuộc mạch nội dung "Đa dạng nguyên sinh vật".
  5. Nghiên cứu công dụng thực tế của sản phẩm tinh dầu tự chế và tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của tiến trình dạy học.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tiến trình dạy học chủ đề "Đa dạng thế giới sống" môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng STEAM.
  • Phạm vi nội dung: Mạch kiến thức "Đa dạng nguyên sinh vật", giới hạn ở nội dung "Một số bệnh do nguyên sinh vật gây ra" (trọng tâm là bệnh sốt rét).
  • Không gian và thời gian thực nghiệm: Thực hiện tại 2 lớp khối 6 (lớp 6/2 và lớp 6/6) thuộc trường THCS Chu Văn An, quận Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng trong năm học 2023 - 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng trên sự giao thoa giữa lý luận dạy học bộ môn và cơ sở khoa học tự nhiên thực nghiệm:

  • Khung lý thuyết giáo dục:

    • Định hướng giáo dục STEAM: Tích hợp 5 thành tố Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Art (Nghệ thuật), Math (Toán học), vận dụng quan điểm dạy học "lấy học sinh làm trung tâm".
    • Văn bản chỉ đạo chuyên môn: Quy trình thiết kế bài học STEAM dựa trên quy trình thiết kế kỹ thuật 8 bước (chuyển hóa thành 5 hoạt động học) theo Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH năm 2020; cấu trúc kế hoạch bài dạy chuẩn hóa theo Công văn số 5512/BGDĐT-GDTrH ngày 18/12/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
    • Mô hình năng lực Khoa học tự nhiên: Hệ thống chỉ số hành vi thuộc 3 năng lực thành phần cốt lõi: Nhận thức khoa học tự nhiên (N1 đến N7), Tìm hiểu tự nhiên (T1 đến T6) và Vận dụng kiến thức, kỹ năng đã học (V1, V2).
  • Cơ sở khoa học tự nhiên:

    • Phân loại và hóa học thực vật: Cây sả chanh (Cymbopogon citratus, họ Poaceae). Tinh dầu sả chứa 65–85% hợp chất citral cùng myrcene, geraniol, geranyl acetate... có khả năng gây ức chế cơ quan khứu giác của muỗi và kháng khuẩn tự nhiên.
    • Y sinh học: Cơ chế gây bệnh sốt rét của trùng Plasmodium truyền qua véc-tơ muỗi Anopheles, xâm nhập vào tế bào gan và phá hủy hồng cầu người.
    • Kỹ thuật hóa học: Phương pháp cất lôi cuốn hơi nước / cất với nước theo sơ đồ chuyển pha: Trạng thái lỏng $\rightarrow$ Trạng thái hơi $\rightarrow$ Ngưng tụ hơi $\rightarrow$ Trạng thái lỏng tách lớp.
  • Phương pháp nghiên cứu thực hiện:

    • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu khoa học về thành phần hóa học của cây sả, tài liệu hướng dẫn giáo dục STEM/STEAM và chương trình Khoa học tự nhiên 2018.
    • Phương pháp điều tra bằng bảng hỏi: Sử dụng phiếu khảo sát dành cho giáo viên (đánh giá cấu trúc kế hoạch bài dạy, tính phù hợp, thời lượng, mục tiêu) và phiếu khảo sát học sinh (đánh giá mức độ hứng thú, khả năng tiếp thu, tính liên hệ thực tế, kỹ năng tự thực hành tại nhà).
    • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Giảng dạy trực tiếp các tiết học lý thuyết, thực hành và dự án STEAM tại 2 lớp 6/2 và 6/6 trường THCS Chu Văn An.
    • Phương pháp xử lý thống kê: Thống kê và xử lý định lượng các dữ liệu thu được từ phiếu điều tra và bảng điểm sản phẩm STEAM của học sinh.
  • Nguồn dữ liệu: Sách giáo khoa Khoa học tự nhiên 6 (Bộ sách Kết nối tri thức với cuộc sống), các bài báo khoa học chuyên ngành hóa học - thực vật học, cùng số liệu khảo sát thực tế tại cơ sở thực nghiệm.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng STEAM

Chương này tập trung hệ thống hóa các khái niệm nền tảng về phương pháp dạy học, tổng quan về đối tượng thực vật và các căn cứ thiết kế chương trình:

  1. Khái niệm và sự khác biệt giữa dạy học truyền thống và dạy học STEAM: Tác giả đối chiếu phương pháp truyền thống ("hệ thống ban phát kiến thức" giáo viên thuyết trình, học sinh ghi chép thụ động) với giáo dục STEAM (học sinh đóng vai trò trung tâm, giáo viên giữ vai trò hướng dẫn, hỗ trợ).
Tiêu chí so sánh Dạy học truyền thống Dạy học STEAM
Vai trò giáo viên Truyền tải, ban phát kiến thức Người hướng dẫn, định hướng, hỗ trợ
Vị trí học sinh Khách thể, ghi chép và thụ động Chủ thể trung tâm, chủ động kiến tạo
Không khí lớp học Đơn điệu, dễ buồn tẻ Sôi nổi, kích thích tò mò và hứng thú
Tính ứng dụng Khả năng vận dụng thực tiễn hạn chế Vận dụng linh hoạt vào thực tế đời sống
Mục tiêu phát triển Nặng về trang bị tri thức lý thuyết Phát triển phẩm chất, năng lực và kỹ năng liên môn (S-T-E-A-M)
  1. Tổng quan về cây sả chanh và các sản phẩm ứng dụng:

    • Phân loại học: Giới Plantae, Bộ Poales, Họ Poaceae, Chi Cymbopogon, Loài Cymbopogon citratus. Cây thân thảo, cao 1–1,5m, mọc thành bụi, rễ chùm phát triển sâu trong đất xốp, bẹ lá ôm chặt tạo thành thân giả (củ).
    • Thành phần hoạt tính: Tinh dầu sả chanh chứa 65–85% citral (kháng khuẩn gram âm, gram dương, nấm và xua đuổi côn trùng), myrcene (hợp chất thơm) và geraniol. Tinh dầu đã được công nhận có khả năng xua đuổi muỗi Aedes aegypti và Anopheles.
    • Hệ thống sản phẩm từ sả: Tinh dầu xông phòng, nước lau sàn thiên nhiên, nến thơm thư giãn, trà thảo mộc thải độc, xà phòng hữu cơ kháng khuẩn và đồ thủ công mỹ nghệ tận dụng lá sả.
  2. Đặc điểm môn Khoa học tự nhiên và quy trình thiết kế bài học STEAM:

    • Phân tích cấu trúc tích hợp các phân môn Vật lý, Hóa học, Sinh học, Khoa học Trái Đất. Xác định các chỉ số hành vi của năng lực Khoa học tự nhiên.
    • Vận dụng quy trình thiết kế kỹ thuật 8 bước theo Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH kết hợp cấu trúc 4 hoạt động học (Khởi động, Hình thành kiến thức, Luyện tập, Vận dụng) theo Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH.

Chương 2: Xây dựng kế hoạch bài dạy Dự án: Làm tinh dầu sả đuổi muỗi phòng chống bệnh sốt rét với mạch nội dung “Đa dạng nguyên sinh vật” của chủ đề: Đa dạng thế giới sống

Tác giả triển khai hệ thống giáo án chi tiết theo đúng cấu trúc của Bộ Giáo dục và Đào tạo:

  1. Chuẩn kiến thức và các nội dung bổ trợ:

    • Xác định yêu cầu cần đạt: Nhận biết nguyên sinh vật qua hình ảnh/mẫu vật; phân biệt trùng roi, trùng biến hình, trùng giày, tảo lục đơn bào, tảo silic; phân tích cơ chế truyền bệnh sốt rét (Plasmodium) qua muỗi Anopheles và biện pháp phòng trừ.
    • Nguyên lý cất tinh dầu với nước: Dựa trên sự lôi cuốn hơi nước và ngưng tụ chất lỏng không tan trong nước.
  2. Kế hoạch bài dạy 2 tiết nền tảng về Đa dạng nguyên sinh vật:

    • Nội dung 1: Đa dạng nguyên sinh vật (1 tiết - 45 phút): Học sinh làm việc với phiếu học tập nhận diện hình thái, môi trường sống của nguyên sinh vật; tiến hành thực hành làm tiêu bản nước ao hồ và soi dưới kính hiển vi quang học ở độ phóng đại 10x và 40x để phân biệt cấu tạo, bộ phận di chuyển (roi bơi, lông bơi) của trùng roi và trùng giày.
    • Nội dung 2: Vai trò của nguyên sinh vật và một số bệnh do nguyên sinh vật (1 tiết - 45 phút): Tổ chức hoạt động nhóm tìm hiểu vai trò cung cấp oxy, thức ăn và ứng dụng công nghiệp; phân tích bệnh sốt rét và bệnh kiết lị; củng cố bằng trò chơi "Ô số may mắn" gồm 10 câu hỏi trắc nghiệm khách quan; bài tập vận dụng thiết kế poster tuyên truyền phòng chống bệnh.
  3. Kế hoạch bài dạy Dự án STEAM "Làm tinh dầu sả đuổi muỗi phòng bệnh sốt rét" (2 tiết - 90 phút):

    • Thiết kế các hoạt động cho học sinh trải nghiệm toàn diện: Nghiên cứu kiến thức nền $\rightarrow$ Đề xuất quy trình làm tinh dầu $\rightarrow$ Lựa chọn dụng cụ $\rightarrow$ Tiến hành cất/chiết xuất tinh dầu sả $\rightarrow$ Đóng chai, thiết kế nhãn mác (yếu tố Nghệ thuật - Art) $\rightarrow$ Tính toán chi phí nguyên liệu và dung tích (yếu tố Toán học - Math) $\rightarrow$ Đánh giá chất lượng và thử nghiệm công dụng xua đuổi muỗi.
    • Xây dựng bảng phân tích ưu thế phát triển năng lực KHTN và các kỹ năng STEAM cụ thể tương ứng với từng hoạt động học.

Chương 3: Kết quả và kết luận

Chương 3 trình bày quy trình chế tạo tinh dầu thực tế và các kết quả thu được sau khi triển khai thực nghiệm sư phạm:

  1. Quy trình chế tạo sản phẩm tinh dầu sả:

    • Thu thập và xử lý nguyên liệu: Thu hoạch thân và lá sả chanh tươi, rửa sạch bùn đất, để ráo, cắt ngắn thành từng đoạn 1–2 cm, sau đó đập dập nhẹ để phá vỡ các túi chứa tinh dầu ở biểu mô tế bào.
    • Chiết xuất: Tiến hành chưng cất với nước trong hệ thống đun kín, thu hỗn hợp hơi nước và tinh dầu qua ống sinh hàn/dụng cụ ngưng tụ, tách lấy lớp tinh dầu nổi phía trên mặt nước.
    • Đánh giá thành phẩm: Tinh dầu có màu vàng nhạt hoặc trong suốt, mang mùi thơm nồng đặc trưng của citral, tan tốt trong dung môi hữu cơ/cồn và nổi trên mặt nước.
  2. Kết quả khảo sát đánh giá từ phía giáo viên:

    • Giáo viên đánh giá cao tính khoa học và tính sư phạm của kế hoạch bài dạy đã xây dựng.
    • Kế hoạch bài dạy thể hiện sự phù hợp với đặc điểm nhận thức, năng lực thực hành của học sinh lớp 6; phân bổ thời gian giữa các hoạt động (khởi động, hình thành kiến thức, thực hành dự án) diễn ra hợp lý và đáp ứng chuẩn đầu ra của chương trình môn học.
  3. Kết quả khảo sát phản hồi từ học sinh sau tiết học thực nghiệm:

    • Học sinh thể hiện mức độ hứng thú vượt trội khi được tự tay chuẩn bị nguyên liệu và thực hành tạo ra sản phẩm.
    • Đa số học sinh nhận thấy nội dung bài học gắn liền với thực tiễn bảo vệ sức khỏe gia đình, quy trình hướng dẫn dễ hiểu, gần gũi.
    • Tỷ lệ lớn học sinh tự tin có thể tự thực hiện lại quy trình làm tinh dầu sả tại nhà để phục vụ sinh hoạt.
  4. Kết quả đánh giá sản phẩm STEAM và hiệu quả sử dụng:

    • Đánh giá sản phẩm của các nhóm học sinh tại lớp 6/2 và 6/6 cho thấy các nhóm đều hoàn thành sản phẩm tinh dầu đạt yêu cầu về độ trong, mùi hương và thẩm mỹ bao bì đóng gói.
    • Thử nghiệm theo dõi sau 1 tuần sử dụng cho thấy sản phẩm tinh dầu sả của các nhóm học sinh có tác dụng xua đuổi muỗi rõ rệt trong không gian phòng học và nhà ở.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả nghiên cứu chính:

    • Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống kế hoạch bài dạy 4 tiết theo chuẩn Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH và Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH cho chủ đề "Đa dạng thế giới sống" lớp 6, tích hợp hiệu quả dự án STEAM 2 tiết (90 phút).
    • Chuẩn hóa quy trình thực hành chiết xuất tinh dầu sả đơn giản, an toàn, sử dụng trang thiết bị dễ kiếm, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm THCS và gia đình.
    • Minh chứng bằng số liệu thực nghiệm tại lớp 6/2 và 6/6 trường THCS Chu Văn An về sự gia tăng mức độ hứng thú, khả năng nhận thức khoa học và năng lực vận dụng kiến thức phòng chống bệnh sốt rét của học sinh.
  • Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

    • Tăng cường đưa các chủ đề STEAM sử dụng nguồn thảo mộc bản địa (sả, chanh, bưởi, tràm...) vào chương trình giáo dục địa phương và các tiết học trải nghiệm môn Khoa học tự nhiên.
    • Khuyến khích giáo viên linh hoạt tổ chức các hình thức dạy học theo dự án, giảm tải việc truyền thụ lý thuyết thuần túy, gia tăng hoạt động kiến tạo sản phẩm hữu ích.
  • Đóng góp mới của đề tài:

    • Đóng góp một mô hình bài học STEAM thực nghiệm hoàn chỉnh, gắn kết trực tiếp giữa kiến thức vi sinh học (nguyên sinh vật, muỗi truyền bệnh) với kiến thức hóa học (tinh dầu, phương pháp chưng cất) và kỹ năng phòng bệnh thực tế.
    • Cung cấp tư liệu giáo án, phiếu học tập, bộ câu hỏi luyện tập và tiêu chí đánh giá sản phẩm cụ thể, có thể chuyển giao trực tiếp cho giáo viên THCS tham khảo áp dụng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài: Khóa luận mới chỉ tiến hành thực nghiệm sư phạm trên phạm vi hẹp gồm 2 lớp học tại một trường THCS (Trường THCS Chu Văn An, quận Thanh Khê, TP. Đà Nẵng); thời gian thực nghiệm và phạm vi nội dung chỉ giới hạn trong mạch kiến thức về nguyên sinh vật và bệnh sốt rét.
  • Hướng nghiên cứu mở rộng: Mở rộng quy mô thực nghiệm sư phạm tại nhiều trường THCS trên các địa bàn khác nhau; tiếp tục nghiên cứu và thiết kế các chủ đề dạy học STEAM tương tự cho các mạch nội dung khác trong chương trình môn Khoa học tự nhiên (như Đa dạng nấm, Đa dạng thực vật, Động vật không xương sống và có xương sống).

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên ngành Sư phạm Khoa học tự nhiên, Sư phạm Hóa học, Sư phạm Sinh học làm tài liệu mẫu về cấu trúc giáo án STEAM và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm.
    • Giáo viên Khoa học tự nhiên cấp THCS đang giảng dạy theo Chương trình GDPT 2018 cần tư liệu tham khảo để tổ chức các bài học STEM/STEAM theo định hướng Công văn 3089 và 5512.
  • Phần giá trị nhất: Hệ thống thiết kế các hoạt động học tập chi tiết trong Chương 2 (gồm phiếu học tập nhận diện nguyên sinh vật, bài thu hoạch thực hành soi kính hiển vi, bộ câu hỏi trò chơi và tiến trình tổ chức dự án làm tinh dầu sả).

Câu hỏi thường gặp

  1. Khóa luận lựa chọn mạch nội dung nào trong môn Khoa học tự nhiên 6 để tích hợp dự án STEAM?
    Khóa luận lựa chọn mạch nội dung "Đa dạng nguyên sinh vật" thuộc chủ đề "Đa dạng thế giới sống", cụ thể là nội dung "Một số bệnh do nguyên sinh vật gây ra" (bệnh sốt rét do trùng Plasmodium truyền qua muỗi Anopheles).

  2. Cơ sở khoa học nào chứng minh tinh dầu sả chanh có tác dụng xua đuổi muỗi phòng bệnh?
    Tinh dầu sả chanh (Cymbopogon citratus) chứa 65–85% thành phần citral cùng các hợp chất myrcene và geraniol. Các hợp chất này có khả năng tác động, can thiệp vào thụ thể khứu giác của muỗi, gây ức chế và xua đuổi các loài muỗi truyền bệnh như Anopheles và Aedes aegypti.

  3. Tiến trình dạy học dự án STEAM trong đề tài được thiết kế theo những văn bản hướng dẫn nào của Bộ GD&ĐT?
    Tiến trình dạy học được thiết kế dựa trên quy trình thiết kế kỹ thuật theo Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH năm 2020 (hướng dẫn giáo dục STEM) và cấu trúc kế hoạch bài dạy theo Công văn số 5512/BGDĐT-GDTrH ngày 18/12/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

  4. Thực nghiệm sư phạm của khóa luận được tiến hành tại địa bàn nào và trên đối tượng nào?
    Thực nghiệm sư phạm được triển khai tại Trường THCS Chu Văn An, quận Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng, thực hiện trên học sinh của 2 lớp khối 6 là lớp 6/2 và lớp 6/6.

  5. Phương pháp điều chế tinh dầu nào được lựa chọn để hướng dẫn học sinh thực hiện?
    Tác giả lựa chọn phương pháp cất với nước (cất lôi cuốn hơi nước), dựa trên nguyên lý chuyển pha từ thể lỏng sang thể hơi dưới tác dụng của nhiệt độ và ngưng tụ hơi thành thể lỏng để thu tinh dầu sả.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Thanh Tâm đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc thiết kế tiến trình dạy học theo định hướng STEAM cho chủ đề "Đa dạng thế giới sống" môn Khoa học tự nhiên 6. Đề tài kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý luận dạy học hiện đại, kiến thức khoa học thực nghiệm về cây sả chanh và quy trình chế tạo tinh dầu đuổi muỗi phòng bệnh sốt rét. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THCS Chu Văn An đã minh chứng tính khả thi của kế hoạch bài dạy, góp phần nâng cao hứng thú học tập và năng lực vận dụng tri thức vào thực tiễn cho học sinh THCS.