Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân ngành Hóa học (chuyên ngành Hóa học hữu cơ) của tác giả Phạm Đức Anh, thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của Th.S Lê Văn Đăng (tháng 05/2010), giải quyết bài toán ứng dụng công nghệ thông tin vào việc xây dựng tài liệu học tập chuyên ngành phục vụ đào tạo sư phạm.

Trong bối cảnh đổi mới phương pháp giáo dục đại học, người học được đặt ở vị trí trung tâm, đòi hỏi năng lực tự học và nghiên cứu độc lập. Tuy nhiên, việc tiếp cận nguồn tài liệu thực hành hóa học hữu cơ gặp nhiều rào cản về kinh phí và thời gian. Thực tế đào tạo cho thấy việc học lý thuyết trên lớp chỉ giải quyết được các nguyên lý cơ bản, chưa giúp sinh viên liên hệ đầy đủ với kỹ năng thực hành và ứng dụng thực tiễn. Ở thời điểm nghiên cứu, phần lớn sách điện tử (ebook) trên các diễn đàn và website giáo dục trong nước và quốc tế chủ yếu tập trung vào lý thuyết đơn thuần, thiếu các hợp phần thực hành trực quan và video thí nghiệm minh họa.

Mục đích nghiên cứu của đề tài là đổi mới phương pháp giảng dạy, nâng cao chất lượng đào tạo bộ môn Hóa học thông qua việc ứng dụng công nghệ thông tin; gắn kết lý thuyết với thực tiễn; phát huy tính chủ động của sinh viên; đồng thời nâng cao kỹ năng sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xây dựng cuốn ebook "Thực hành Hóa học hữu cơ" phục vụ giảng dạy và học tập.

Tác giả xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay.
  2. Nghiên cứu vai trò, thế mạnh và thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy bộ môn Hóa học.
  3. Nghiên cứu các tài liệu thực hành phù hợp với chương trình thực hành Hóa học hữu cơ năm thứ 3 khoa Hóa.
  4. Nghiên cứu các phần mềm tạo ebook, trọng tâm là Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended và Microsoft Office Word 2007.
  5. Nghiên cứu các phần mềm hỗ trợ chuyên môn gồm Chemwindows 6.0, MathType 6.6 và Snagit 9.1.3.
  6. Thiết kế cuốn ebook tích hợp cơ sở lý thuyết và video thực hành hóa học hữu cơ dành cho sinh viên năm thứ 3 khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm.
  • Đối tượng nghiên cứu: Việc sử dụng phần mềm Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended để thiết kế cuốn ebook thực hành hóa học hữu cơ năm thứ 3 khoa Hóa trường Đại học Sư phạm.
  • Khách thể nghiên cứu: Quá trình tiến hành các thí nghiệm hóa học hữu cơ trong chương trình học năm thứ 3 và quá trình tiến hành thực hiện ebook thực hành hóa học hữu cơ.
  • Phạm vi nghiên cứu: Chương trình Hóa học hữu cơ trong phạm vi đào tạo năm thứ 3 khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Giả thiết khoa học: Nếu đề tài nghiên cứu thành công sẽ góp phần nâng cao chất lượng bài giảng của giảng viên, nâng cao kỹ năng ứng dụng tin học, tạo hứng thú học tập cho sinh viên, bổ sung nguồn học liệu tham khảo mở và phát huy năng lực tự học, tự nghiên cứu khoa học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng lý luận dựa trên ba nhóm vấn đề sư phạm và kỹ thuật xuất bản điện tử:

1. Khung lý thuyết về đổi mới phương pháp và phương tiện dạy học:

  • Quan điểm dạy học lấy học sinh làm trung tâm: Chuyển dịch từ lối dạy truyền thụ một chiều sang tổ chức hoạt động tự lực, kích thích tư duy độc lập và nghiên cứu khoa học của người học.
  • Hệ thống nguyên tắc sử dụng phương tiện dạy học: Phương tiện dạy học là công cụ thay thế cho các hiện tượng, phản ứng phức tạp hoặc nguy hiểm. Tác giả phân tích bốn nguyên tắc sư phạm bắt buộc:
    • Đúng mục đích (phù hợp mục tiêu bài học).
    • Đúng lúc (xuất hiện đúng thời điểm nhận thức của người học cần quan sát).
    • Đúng chỗ (vị trí bố trí bảo đảm toàn bộ người học quan sát rõ, đủ điều kiện chiếu sáng và kỹ thuật).
    • Đủ cường độ (mật độ sử dụng hợp lý, tránh lạm dụng thiết bị nghe nhìn quá 3–4 lần/tuần nhằm tránh hiện tượng quá tải thông tin và mỏi thị giác).

2. Lý thuyết về sách điện tử (ebook): Tác giả dẫn chiếu định nghĩa ebook theo Từ điển Oxford là phiên bản số hóa tương ứng của sách in thông thường. Khóa luận tổng hợp các đặc tính kỹ thuật, ưu điểm (tính cơ động, tìm kiếm toàn văn, khả năng tích hợp đa phương tiện flash/âm thanh/video, chi phí nhân bản thấp) và hạn chế (phụ thuộc phần cứng, rào cản quản lý bản quyền kỹ thuật số DRM, định dạng hiển thị).

Định dạng Ebook Phần mềm tạo lập / Nền tảng phát triển Đặc điểm kỹ thuật chính được phân tích trong văn bản
DOC / DOCX Microsoft Word / Open XML Định dạng văn bản phổ thông, hỗ trợ chèn bảng, đồ thị, văn bản thô.
PDF Adobe Systems (ngôn ngữ PostScript) Giữ nguyên định dạng và tính toàn vẹn hiển thị trên mọi hệ điều hành; hỗ trợ nhúng đa phương tiện.
CHM Microsoft Dạng nén HTML, hỗ trợ tra cứu thông tin trợ giúp, không cần cài thêm trình đọc trên Windows.
PRC Mobipocket Chuyên dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại, máy tính cá nhân qua Mobipocket Reader, FBReader.
CBR / CBZ Công nghệ nén RAR / ZIP Lưu trữ truyện tranh và sách ảnh, đọc bằng phần mềm chuyên dụng như CDisplay.
DJVU LizardTech / AT&T Nén sách ảnh, bản vẽ, tạp chí; hiển thị qua plugin hoặc WinDJView, MacDJView.
LIT Microsoft (công nghệ ClearType) Dành riêng cho thiết bị đọc của Microsoft Reader, mở rộng qua ConvertLIT.

3. Khảo sát thực trạng học liệu:

  • Tài liệu quốc tế: Các công trình kinh điển của Francis A. Carey (2001), Oxford University Press (2000), Sundberg (2007), Michael B. Smith & Jerry March (2007), Bloch (2006). Tác giả nhận định các tài liệu này có tính hàn lâm cao nhưng chủ yếu là văn bản in hoặc PDF tĩnh.
  • Tài liệu trong nước: Các website chia sẻ giáo trình và cổng thông tin giáo trình điện tử của Bộ Giáo dục và Đào tạo (giaotrinh.edu.vn / ebook.edu.vn, vận hành từ tháng 03/2007). Khảo sát thực tế cho thấy chỉ có một giáo trình thực hành của Đại học Đà Lạt được số hóa nhưng thiếu cấu trúc chi tiết và hoàn toàn không có phim thí nghiệm đi kèm.

4. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp nghiên cứu: Phân tích - tổng hợp tài liệu chuyên khảo; sưu tầm và đối chiếu các bản ebook chuyên ngành trên mạng Internet; tham vấn ý kiến chuyên gia và giảng viên hướng dẫn.
  • Phương tiện nghiên cứu: Hệ thống máy vi tính cấu hình cao; các bộ giáo trình thực hành chính quy; các công cụ phần mềm chuyên dụng: Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended, Microsoft Office Word 2007, Chemwindows 6.0, TechSmith Snagit 9.1.3, MathType 6.6 và tiện ích mở rộng Chemistry Formatter.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan cơ sở lí thuyết về đổi mới phương pháp và phương tiện dạy học

Chương này thiết lập cơ sở lý thuyết cho việc đổi mới phương pháp giáo dục đại học. Trọng tâm chuyển dịch từ việc truyền thụ tri thức sang hướng dẫn người học tự chiếm lĩnh kiến thức. Khóa luận phân tích các xu hướng giáo dục hiện đại: dạy học hướng vào người học, dạy học thông qua hoạt động, đa dạng hóa phương pháp và tối ưu hóa phương tiện kỹ thuật. Tác giả phân loại phương tiện dạy học thành 4 nhóm: tài liệu in, đồ dùng trực quan, thiết bị kỹ thuật nghe nhìn và thí nghiệm thực hành. Đồng thời, chương 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về sự phát triển của ebook từ thập niên 1970 đến năm 2010, phân tích ưu thế của định dạng PDF chuẩn hóa so với các định dạng khác trong việc bảo tồn bố cục và tích hợp học liệu nghe nhìn.

Chương 2: Giới thiệu các phần mềm ứng dụng thiết kế ebook hóa học

Tác giả khảo sát chi tiết cấu trúc tính năng của các phần mềm tham gia vào quy trình chế bản:

  • Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended (bản cập nhật 9.2): Phân tích các bộ công cụ khởi tạo PDF từ tập tin, máy quét (tích hợp nhận dạng ký tự quang học OCR Text Recognition), trang web và bảng nhớ tạm (Clipboard); tính năng đóng gói PDF Portfolio; bộ công cụ Multimedia (3D Tool cho định dạng *.u3d, Flash Tool cho định dạng *.swf/*.flv, Sound Tool và Video Tool); cơ chế phân quyền bảo mật hai lớp mật mã (mở tập tin và hạn chế chỉnh sửa/in ấn); tích hợp các công cụ hỗ trợ Acrobat Distiller 9 và Adobe LiveCycle 9.
  • Microsoft Office Word 2007: Khảo sát giao diện Ribbon (Tab, Group, Command), định dạng nén Open XML (.docx), chức năng quản lý kiểu định dạng văn bản (Styles), tính năng soạn thảo công thức và tiện ích gõ công thức hóa học Chemistry Formatter.
  • Chemwindows 6.0: Cung cấp chi tiết các thanh công cụ vẽ cấu trúc phân tử và cơ chế phản ứng hữu cơ, bao gồm: Standard Tools, Custom palette, Commands, Bonds Tools, Graphic Tools, Orbital Tools, Others Tools (vẽ cấu hình ghế, công thức phối cảnh), Reaction Tools và Symbols Tools.
  • TechSmith Snagit 9.1.3: Bộ công cụ chụp ảnh màn hình đa chế độ (Region, Object, Window, Full Screen), hỗ trợ xuất 23 định dạng tệp tin và biên tập ảnh thông qua Snagit Editor (Crop, Cut Out, Trim, đóng dấu, thêm chỉ dẫn).
  • MathType 6.6: Công cụ soạn thảo biểu thức khoa học thay thế Equation Editor, bảo đảm độ chính xác của các ký hiệu toán lý hóa trên nền Word 2007.

Phần 2: Ứng dụng các phần mềm vào thiết kế ebook hóa học

Chương 1: Các bước thiết kế ebook hóa học

Chương này mô tả quy trình công nghệ 4 giai đoạn cụ thể do tác giả xây dựng:

  1. Nghiên cứu và tuyển chọn ngữ liệu: Tuyển chọn nội dung từ 5 giáo trình thực hành chuẩn mực:
    • Giáo trình Thực hành hóa học hữu cơ 1 (Bộ môn Hữu cơ, Khoa Hóa, Trường ĐH Sư phạm TP.HCM, 2005).
    • Giáo trình Thực hành hóa học hữu cơ 2 (Nguyễn Văn Tòng, NXB Giáo dục, 1998).
    • Thực hành hóa học hữu cơ tập 1 (Thái Doãn Tĩnh chủ biên, NXB Giáo dục, 1983).
    • Thực hành tổng hợp hóa học hữu cơ tập 1 và tập 2 (PGS.TS Thái Doãn Tĩnh, NXB ĐH Sư phạm, 2008).
    • Giáo trình thực hành hóa hữu cơ (Phạm Văn Tất & Nguyễn Quốc Tuấn, Trường ĐH Đà Lạt).
  2. Chế bản văn bản thô trên Microsoft Word 2007: Chuẩn hóa văn bản bằng hệ thống Styles (Normal, Heading); ứng dụng add-in Chemistry Formatter để chuyển đổi nhanh các chỉ số dưới, chỉ số trên và phương trình hóa học; biên soạn công thức phức tạp bằng MathType 6.6; vẽ toàn bộ cấu trúc công thức cấu tạo phân tử hữu cơ, sơ đồ cơ chế bằng Chemwindows 6.0; chụp và xử lý đồ thị, dụng cụ thí nghiệm bằng Snagit 9.1.3.
  3. Chuyển đổi tệp tin sang định dạng PDF: Sử dụng tính năng tích hợp Acrobat PDFMaker trên Word 2007 để kết xuất văn bản sang tệp tin PDF chuẩn nhằm bảo toàn định dạng và phông chữ.
  4. Xử lý tương tác trong Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended: Thiết lập cây phân mục tự động (Bookmarks); tạo liên kết nội bộ (Links); sử dụng công cụ Video Tool trong bảng Multimedia để khoanh vùng và nhúng trực tiếp các đoạn phim thí nghiệm vào đúng vị trí nội dung bài học; thiết lập phân quyền bảo vệ tài liệu bằng mật mã mã hóa (Password Encryption).

Chương 2: Nội dung ebook thực hành hóa học hữu cơ

Phần nội dung số hóa của ebook được tổ chức chuẩn mực theo tiến trình thực hành:

  • Quy tắc chung: Các quy tắc an toàn lao động, nội quy làm việc trong phòng thí nghiệm hóa hữu cơ, thao tác bảo quản hóa chất độc hại và xử lý sự cố.
  • Cấu trúc một bài thực hành chuẩn: Mỗi bài thí nghiệm được tác giả tái cấu trúc thành các mục rõ ràng: Mục đích thí nghiệm – Hóa chất – Dụng cụ – Cách tiến hành – Phương trình phản ứng – Đoạn phim thí nghiệm (video clip minh họa quá trình thao tác và hiện tượng phản ứng thực tế).

Phần 3: Kết luận – Đề xuất

Tác giả tổng kết toàn bộ quá trình thực hiện đề tài, khẳng định tính khả thi của việc kết hợp các phần mềm công nghệ thông tin trong việc tạo ra một ấn phẩm học liệu số hoàn chỉnh, đồng thời đề ra các kiến nghị kỹ thuật nhằm phát triển sản phẩm trong đào tạo sư phạm.


Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả kỹ thuật và sư phạm cụ thể dựa trên số liệu và sản phẩm thực tế:

  • Xây dựng hoàn chỉnh ấn phẩm Ebook Thực hành Hóa học Hữu cơ: Sản phẩm tích hợp đầy đủ cơ sở lý thuyết phản ứng, quy trình thao tác và các đoạn phim ghi hình thí nghiệm thực tế dành cho sinh viên năm thứ 3 chuyên ngành Hóa.
  • Chuẩn hóa cấu trúc bài học thực hành: Khắc phục triệt để hạn chế của các tài liệu trước đây (vốn chỉ scan lại từ sách in, thiếu mục đích, thiếu phương trình hoặc không chia tách các công đoạn). Tài liệu số hóa bảo đảm đầy đủ 6 cấu phần bắt buộc cho từng bài thí nghiệm:
    1. Mục đích thí nghiệm.
    2. Dụng cụ.
    3. Hóa chất.
    4. Cách tiến hành.
    5. Phương trình phản ứng.
    6. Phim thí nghiệm nhúng trực tiếp.
  • Đóng góp về mặt phương pháp chế bản: Đề xuất một quy trình kỹ thuật liên hoàn, có tính tương thích cao giữa các phần mềm độc lập: Word 2007 (soạn thảo) – Chemwindows 6.0 (đồ họa hóa học) – MathType 6.6 (biểu thức) – Snagit 9.1.3 (xử lý hình ảnh) – Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended (nhúng video, đóng gói, bảo mật).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận nêu rõ các điểm giới hạn và định hướng mở rộng:

  • Hạn chế kỹ thuật và phạm vi:
    • Sản phẩm đòi hỏi máy tính người học phải cài đặt phần mềm Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended hoặc Adobe Reader 9.3 trở lên mới khai thác được đầy đủ tính năng tương tác đa phương tiện (xem video nhúng trực tiếp).
    • Khung nội dung và hệ thống thí nghiệm chỉ mới bao quát trong khuôn khổ chương trình thực hành Hóa học hữu cơ năm thứ 3 của Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.
    • Các đoạn phim thí nghiệm phụ thuộc vào nguồn tư liệu ghi hình sẵn có, chất lượng hình ảnh một số thí nghiệm chưa đồng đều.
  • Hướng phát triển của đề tài:
    • Mở rộng số lượng và nâng cao chất lượng độ phân giải của các đoạn phim thí nghiệm hữu cơ; bổ sung các video mô phỏng cơ chế phản ứng ở cấp độ phân tử.
    • Xây dựng hệ thống bài tập trắc nghiệm và câu hỏi kiểm tra đánh giá tương tác trực tiếp trên biểu mẫu (PDF Forms) của ebook.
    • Nhân rộng mô hình thiết kế ebook đa phương tiện cho các phân môn Hóa học khác như Hóa vô cơ, Hóa phân tích, Hóa lý và phương pháp giảng dạy bộ môn Hóa học ở bậc phổ thông.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Sư phạm Hóa học: Cung cấp học liệu trực quan, phục vụ quá trình tự học, chuẩn bị bài trước khi vào phòng thí nghiệm và hỗ trợ giảng viên minh họa các phản ứng phức tạp, độc hại.
  • Người làm nghiên cứu về công nghệ giáo dục và thiết kế bài giảng điện tử: Cung cấp bản hướng dẫn chi tiết về kỹ thuật chế bản học liệu điện tử; cách khai thác các menu, thanh công cụ của Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended và cách phối hợp các phần mềm phụ trợ (Chemwindows, Snagit, Chemistry Formatter).
  • Cán bộ quản lý tư liệu và thư viện trường học: Cung cấp phương pháp số hóa giáo trình, tài liệu chuyên khảo thành định dạng PDF tương tác, phục vụ các cổng học liệu trực tuyến.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng các giáo trình chuyên khảo nào để làm nền tảng nội dung thực hành?
Nội dung bài học được tổng hợp từ 5 tài liệu chính: Giáo trình Thực hành hóa học hữu cơ 1 (Khoa Hóa ĐH Sư phạm TP.HCM, 2005); Giáo trình Thực hành hóa học hữu cơ 2 (Nguyễn Văn Tòng, NXB Giáo dục, 1998); Thực hành hóa học hữu cơ tập 1 (Thái Doãn Tĩnh chủ biên, NXB Giáo dục, 1983); Thực hành tổng hợp hóa học hữu cơ tập 1 và 2 (PGS.TS Thái Doãn Tĩnh, NXB ĐH Sư phạm, 2008); và Giáo trình thực hành hóa hữu cơ của Phạm Văn Tất và Nguyễn Quốc Tuấn (ĐH Đà Lạt).

2. Tại sao tác giả lựa chọn Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended thay vì các phần mềm đọc PDF thông thường?
Phiên bản 9.0 Pro Extended cung cấp các tính năng vượt trội mà các phần mềm khác không có ở thời điểm đó: bộ công cụ Multimedia hỗ trợ nhúng trực tiếp tệp video và flash vào tài liệu; tính năng đóng gói PDF Portfolio; cơ chế mã hóa bảo mật hai lớp mật mã (Encrypt with Password); và khả năng tối ưu hóa dung lượng tệp tin.

3. Khóa luận phân tích những nguyên tắc sư phạm nào khi sử dụng phương tiện dạy học?
Tác giả nêu rõ bốn nguyên tắc: Đúng mục đích (gắn chặt với mục tiêu bài học), Đúng lúc (xuất hiện đúng thời điểm nhận thức), Đúng chỗ (bố trí vị trí dễ quan sát cho cả lớp), và Đủ cường độ (không lạm dụng thiết bị nghe nhìn quá 3–4 lần/tuần để tránh mệt mỏi thị giác và quá tải thông tin).

4. Vai trò của Chemwindows 6.0 và add-in Chemistry Formatter trong đề tài là gì?
Chemwindows 6.0 đóng vai trò vẽ chính xác các công thức cấu tạo phân tử, liên kết hóa học, orbital và mũi tên phản ứng hữu cơ phức tạp. Tiện ích Chemistry Formatter trong Word giúp tự động chuyển đổi văn bản thô thành các công thức hóa học có đúng chỉ số trên và dưới một cách nhanh chóng.

5. Điểm khác biệt của sản phẩm ebook này so với các tài liệu điện tử cùng thời kỳ là gì?
Phần lớn tài liệu thời điểm năm 2010 chỉ là văn bản lý thuyết scan sang PDF tĩnh. Sản phẩm của khóa luận là tài liệu thực hành chuyên biệt đầu tiên tích hợp đầy đủ cả lý thuyết phản ứng, cấu trúc 6 mục rõ ràng của một bài thí nghiệm và video clip ghi hình thí nghiệm thực tế nhúng trực tiếp trong tệp tin.


Kết luận

Khóa luận của tác giả Phạm Đức Anh đã hoàn thành toàn diện mục tiêu thiết kế cuốn ebook "Thực hành Hóa học hữu cơ" dành cho sinh viên năm thứ 3 khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh bằng việc ứng dụng phần mềm Adobe Acrobat 9.0 Pro Extended. Đề tài đã xây dựng thành công quy trình công nghệ kết hợp các công cụ soạn thảo, xử lý đồ họa hóa học và đóng gói đa phương tiện nhằm tạo nên một tài liệu học tập điện tử trực quan. Công trình không chỉ giải quyết yêu cầu đổi mới phương pháp giảng dạy đại học mà còn cung cấp một bản hướng dẫn kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho việc số hóa học liệu chuyên ngành Hóa học.