Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực cho học sinh trở thành yêu cầu cấp thiết. Theo báo cáo khảo sát tại một số trường trung học phổ thông ở tỉnh Bắc Ninh, chỉ có khoảng 14% giáo viên thường xuyên sử dụng thí nghiệm trong dạy học hóa học, trong khi 43% thỉnh thoảng và 36% rất ít khi sử dụng. Điều này dẫn đến việc học sinh chưa phát triển đầy đủ năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ), một trong những năng lực cốt lõi của thế kỷ 21. Môn Hóa học, đặc biệt là chương trình oxi - lưu huỳnh lớp 10, có vai trò quan trọng trong việc hình thành kiến thức và kỹ năng thực nghiệm cho học sinh. Tuy nhiên, do hạn chế về cơ sở vật chất và điều kiện thực hành, việc áp dụng thí nghiệm trực tiếp còn nhiều khó khăn.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học ảo Crocodile Chemistry trong dạy học chương oxi - lưu huỳnh nhằm phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh lớp 10 tại các trường THPT và trung tâm giáo dục nghề nghiệp - giáo dục thường xuyên ở Bắc Ninh. Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trong năm học 2018-2019 với sự tham gia của 195 học sinh và 28 giáo viên, nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng phần mềm mô phỏng trong giảng dạy. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học, nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển năng lực thực tiễn cho học sinh phổ thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết giáo dục theo hướng phát triển năng lực người học (Competency-Based Education - CBE), nhấn mạnh việc phát triển các năng lực thiết yếu như năng lực giải quyết vấn đề, tư duy phản biện và học tập suốt đời. Cấu trúc năng lực GQVĐ được xây dựng gồm 4 thành tố chính: tìm hiểu vấn đề, thiết lập không gian vấn đề, lập kế hoạch và thực hiện giải pháp, đánh giá và phản ánh giải pháp. Mỗi thành tố bao gồm các biểu hiện hành vi cụ thể như nhận biết vấn đề, thu thập thông tin, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá kết quả.

Phần mềm mô phỏng thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry được lựa chọn làm công cụ hỗ trợ dạy học. Phần mềm này cho phép mô phỏng các thí nghiệm hóa học một cách trực quan, an toàn, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời giúp học sinh phát triển kỹ năng thiết kế thí nghiệm và tư duy sáng tạo. Ngoài ra, phần mềm Ispring Suite 9 được sử dụng để thiết kế các bài kiểm tra trắc nghiệm nhằm đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp giữa nghiên cứu lý luận, khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm. Nguồn dữ liệu bao gồm:

  • Phiếu khảo sát ý kiến của 28 giáo viên và 195 học sinh tại hai trường THPT Lý Thường Kiệt và Trung tâm GDNN - GDTX thị xã Từ Sơn, Bắc Ninh.
  • Kết quả bài kiểm tra kiến thức và năng lực GQVĐ của học sinh trước, trong và sau thực nghiệm.
  • Quan sát và đánh giá trực tiếp quá trình dạy học sử dụng phần mềm mô phỏng.

Phương pháp phân tích dữ liệu bao gồm thống kê mô tả, phân tích so sánh tỉ lệ phần trăm và kiểm định thống kê nhằm đánh giá sự khác biệt về năng lực GQVĐ giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng. Cỡ mẫu được lựa chọn đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm học 2018-2019, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế thí nghiệm, thực nghiệm sư phạm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mức độ sử dụng thí nghiệm trong dạy học: Chỉ 14% giáo viên thường xuyên sử dụng thí nghiệm, 43% thỉnh thoảng và 36% rất ít khi sử dụng. 60% giáo viên sử dụng thí nghiệm chủ yếu ở giai đoạn hình thành kiến thức mới. Điều này cho thấy việc áp dụng thí nghiệm trong dạy học còn hạn chế, ảnh hưởng đến hiệu quả phát triển năng lực học sinh.

  2. Hiệu quả sử dụng phần mềm mô phỏng: Qua thực nghiệm sư phạm, học sinh lớp thực nghiệm sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry có điểm trung bình bài kiểm tra sau thực nghiệm tăng lên khoảng 7,4, cao hơn nhóm đối chứng khoảng 6,7. Tỉ lệ học sinh đạt loại khá, giỏi trong nhóm thực nghiệm đạt khoảng 52%, cao hơn nhóm đối chứng 20%. Học sinh cũng thể hiện sự tiến bộ rõ rệt trong năng lực GQVĐ qua bảng kiểm quan sát và phiếu tự đánh giá.

  3. Hứng thú và thái độ học tập của học sinh: 86,7% học sinh cho biết họ hứng thú và tập trung hơn trong các tiết học có sử dụng thí nghiệm mô phỏng. 80% học sinh cảm thấy thí nghiệm giúp họ hiểu bài nhanh và sâu hơn. Tuy nhiên, 88,2% học sinh vẫn cho rằng môn Hóa học là khó, cho thấy cần tiếp tục đổi mới phương pháp để giảm bớt áp lực học tập.

  4. Khó khăn của giáo viên: 39,3% giáo viên cho biết tốn nhiều thời gian chuẩn bị khi sử dụng thí nghiệm ảo tự thiết kế, 28,6% hạn chế về kỹ năng CNTT, 10,7% gặp khó khăn về cơ sở vật chất phòng học. Đây là những rào cản cần được khắc phục để nâng cao hiệu quả ứng dụng phần mềm trong dạy học.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học trong dạy học chương oxi - lưu huỳnh có tác động tích cực đến việc phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh. Việc mô phỏng thí nghiệm giúp học sinh chủ động khám phá, tăng cường khả năng tư duy phản biện và giải quyết các tình huống thực tế. So với các nghiên cứu trước đây về ứng dụng CNTT trong dạy học hóa học, kết quả này phù hợp với xu hướng đổi mới phương pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm và phát triển năng lực toàn diện.

Biểu đồ phân phối điểm kiểm tra và bảng đánh giá năng lực GQVĐ minh họa rõ sự tiến bộ của nhóm thực nghiệm so với nhóm đối chứng, thể hiện qua tỉ lệ học sinh đạt điểm khá giỏi tăng khoảng 20%. Điều này chứng tỏ phần mềm mô phỏng không chỉ hỗ trợ kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành và tư duy giải quyết vấn đề.

Tuy nhiên, khó khăn về kỹ năng CNTT và thời gian chuẩn bị của giáo viên là những thách thức cần được giải quyết thông qua đào tạo chuyên môn và hỗ trợ kỹ thuật. Ngoài ra, việc phát triển thêm các thí nghiệm ảo đa dạng, phù hợp với nội dung chương trình sẽ giúp tăng tính ứng dụng và hiệu quả giảng dạy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo kỹ năng CNTT cho giáo viên: Tổ chức các khóa bồi dưỡng chuyên sâu về sử dụng phần mềm mô phỏng và thiết kế bài giảng điện tử nhằm nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học. Mục tiêu đạt 80% giáo viên thành thạo sử dụng phần mềm trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  2. Phát triển và cập nhật hệ thống thí nghiệm ảo đa dạng: Xây dựng thêm các thí nghiệm mô phỏng phù hợp với chương trình hóa học phổ thông, đặc biệt các chủ đề khó hoặc nguy hiểm khi thực hiện trực tiếp. Thời gian triển khai trong 2 năm, do các nhóm nghiên cứu và nhà phát triển phần mềm phối hợp thực hiện.

  3. Tăng cường đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị hỗ trợ dạy học: Trang bị phòng học máy tính, máy chiếu và kết nối internet ổn định tại các trường phổ thông để đảm bảo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng phần mềm mô phỏng. Mục tiêu hoàn thành trong 3 năm, do các cơ quan quản lý giáo dục và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

  4. Xây dựng kế hoạch dạy học tích hợp phần mềm mô phỏng: Thiết kế các tiến trình dạy học kết hợp thí nghiệm ảo và thực tế nhằm phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh, đồng thời xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực phù hợp. Thời gian áp dụng thử nghiệm trong 1 năm học, do giáo viên chủ nhiệm và tổ chuyên môn thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên bộ môn Hóa học trung học phổ thông: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và công cụ hỗ trợ đổi mới phương pháp dạy học, giúp giáo viên nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và các cơ quan đào tạo giáo viên: Tham khảo để xây dựng chính sách đào tạo, trang bị cơ sở vật chất và phát triển chương trình bồi dưỡng kỹ năng CNTT cho giáo viên.

  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành Giáo dục Hóa học: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học và phát triển năng lực học sinh.

  4. Các nhà phát triển phần mềm giáo dục: Cung cấp thông tin về nhu cầu thực tế và các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học phù hợp với chương trình phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phần mềm mô phỏng thí nghiệm có thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thực tế không?
    Phần mềm mô phỏng hỗ trợ rất tốt trong việc minh họa và thực hành an toàn, nhưng không thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thực tế do thiếu trải nghiệm thao tác trực tiếp và cảm nhận vật lý. Kết hợp cả hai hình thức là tối ưu.

  2. Làm thế nào để giáo viên không chuyên về CNTT có thể sử dụng phần mềm hiệu quả?
    Cần tổ chức các khóa đào tạo kỹ năng sử dụng phần mềm, cung cấp tài liệu hướng dẫn chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật thường xuyên để giáo viên làm quen và vận dụng thành thạo.

  3. Phần mềm Crocodile Chemistry có phù hợp với học sinh lớp 10 không?
    Phần mềm được thiết kế phù hợp với nội dung hóa học phổ thông, đặc biệt là các chủ đề như oxi - lưu huỳnh lớp 10, giúp học sinh dễ dàng quan sát và thực hành các phản ứng hóa học.

  4. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng có giúp tăng hứng thú học tập của học sinh không?
    Khảo sát cho thấy hơn 85% học sinh cảm thấy hứng thú và tập trung hơn khi học có sử dụng thí nghiệm mô phỏng, giúp cải thiện hiệu quả tiếp thu kiến thức.

  5. Có thể áp dụng phương pháp này ở những trường thiếu phòng thí nghiệm không?
    Phần mềm mô phỏng là giải pháp hiệu quả cho các trường thiếu cơ sở vật chất, giúp học sinh thực hành thí nghiệm an toàn và tiết kiệm chi phí, đồng thời phát triển năng lực giải quyết vấn đề.

Kết luận

  • Đề tài đã xây dựng thành công hệ thống 14 thí nghiệm mô phỏng chương oxi - lưu huỳnh sử dụng phần mềm Crocodile Chemistry, phù hợp với chương trình hóa học lớp 10.
  • Thực nghiệm sư phạm tại hai trường THPT và trung tâm GDNN - GDTX Bắc Ninh cho thấy học sinh sử dụng phần mềm có sự tiến bộ rõ rệt về năng lực giải quyết vấn đề và kết quả học tập.
  • Giáo viên và học sinh đều đánh giá cao tính trực quan, an toàn và hiệu quả của phần mềm mô phỏng trong dạy học hóa học.
  • Khó khăn chính là hạn chế về kỹ năng CNTT của giáo viên và điều kiện cơ sở vật chất, cần có giải pháp hỗ trợ đồng bộ.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo, phát triển phần mềm và đầu tư trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng phần mềm mô phỏng trong dạy học phổ thông.

Next steps: Triển khai đào tạo giáo viên, mở rộng áp dụng phần mềm tại các trường phổ thông khác, đồng thời phát triển thêm các thí nghiệm mô phỏng mới.

Call to action: Các nhà quản lý giáo dục, giáo viên và nhà phát triển phần mềm cần phối hợp để thúc đẩy ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp dạy học, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển năng lực học sinh toàn diện.