Phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh qua dạy học vi sinh vật và xử lý nước thải chăn nuôi

• Tác giả: Hoàng Thị Minh
• Trường học: Trường THPT Nam Đàn 2
• Chuyên ngành: Sinh học
• Đề tài: Phát Triển Năng Lực Nghiên Cứu Khoa Học Cho Học Sinh Qua Ứng Dụng Vi Sinh Vật Trong Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi
• Loại tài liệu: sáng kiến kinh nghiệm
• Năm xuất bản: 2021 - 2022
• Địa điểm: Nghệ An

• 0.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 0.1.1. Lí do chọn đề tài
• 0.1.2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
• 0.1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 0.1.4. Những đóng góp mới của đề tài
• 0.1.5. Cấu trúc của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan những vấn đề nghiên cứu
• 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về năng lực nghiên cứu khoa học
• 1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài
• 1.2.1. Cơ sở lý luận của năng lực nghiên cứu khoa học
• 1.2.2. Cơ sở lý luận dạy học STEM
• 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài
• 1.3.1. Thực trạng về việc đổi mới PPDH theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH của HS trong dạy học Sinh học
• 1.3.2. Khảo sát bước đầu về NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT” (SINH HỌC 10 - THPT) THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỌC SINH
• 2.1. Phân tích cấu trúc và nội dung của chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT)
• 2.2. Thiết kế chủ đề dạy học STEM để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT)
• 2.3. Quy trình thiết kế chủ đề/ bài học STEM trong dạy học Sinh học
• 2.4. Vận dụng thiết kế chủ đề dạy học STEM phát triển năng lực nghiên cứu khoa học trong dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT)
• 2.5. Tổ chức dạy học chủ đề STEM để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT)
• 2.6. Quy trình tổ chức dạy học bài học/ chủ đề STEM
• 2.7. Vận dụng quy trình tổ chức dạy học STEM chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh
• 2.8. Đánh giá năng lực nghiên cứu khoa học
• 2.8.1. Rubric đánh giá kỹ năng trong NL NCKH
• 2.8.2. Bảng kiểm đánh giá kỹ năng của NL NCKH
• 2.8.3. Câu hỏi, bài tập đánh giá NL NCKH
• 2.9. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm
• 3.2. Nội dung thực nghiệm
• 3.3. Phương pháp thực nghiệm
• 3.4. Kết quả và xử lí kết quả thực nghiệm
• 3.4.1. Phân tích định lượng
• 3.4.2. Phân tích định tính
• 3.4.3. Thực trạng HS sau khi tham gia học tập chủ đề STEM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• appendix.1. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• appendix.2. DANH MỤC HÌNH
• appendix.3. DANH MỤC BẢNG

I. Phát triển năng lực nghiên cứu khoa học học sinh

Phần này tập trung vào phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trung học, đặc biệt nhấn mạnh vào việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải chăn nuôi. Nội dung khảo sát thực trạng năng lực nghiên cứu khoa học (NLNCKH) hiện tại của học sinh. Giáo dục STEM đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển NLNCKH. Thực hành nghiên cứu khoa học là chìa khóa. Các phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của mô hình giảng dạy. Kỹ năng nghiên cứu khoa học được rèn luyện thông qua các dự án thực tế, ví dụ như thiết kế và thực hiện một dự án xử lý nước thải sử dụng vi sinh vật. Kết quả cho thấy việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải giúp học sinh phát triển kỹ năng nghiên cứu khoa học, bao gồm: đề xuất vấn đề, lập kế hoạch, thu thập và xử lý dữ liệu, phân tích kết quả và trình bày báo cáo.

1.1 Khái niệm và tầm quan trọng của NLNCKH

Năng lực nghiên cứu khoa học (NLNCKH) được định nghĩa là khả năng vận dụng phương pháp nghiên cứu khoa học để giải quyết vấn đề. NLNCKH bao gồm nhiều kỹ năng nghiên cứu khoa học, chẳng hạn như: khả năng đặt câu hỏi nghiên cứu, xây dựng giả thuyết, thiết kế thí nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu, và trình bày kết quả. NLNCKH không chỉ quan trọng trong lĩnh vực khoa học mà còn cần thiết trong nhiều ngành nghề khác. Việc trang bị NLNCKH cho học sinh là rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội hiện đại, đặc biệt là trong bối cảnh Công nghệ 4.0. Học sinh cần được trang bị kỹ năng nghiên cứu khoa học để có thể tự học, tự nghiên cứu và giải quyết vấn đề một cách hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển NLNCKH ở học sinh thông qua ứng dụng vi sinh vật trong một lĩnh vực thực tiễn cụ thể: xử lý nước thải chăn nuôi.

1.2 Thực trạng NLNCKH của học sinh

Nghiên cứu đã khảo sát thực trạng NLNCKH của học sinh. Kết quả cho thấy học sinh còn thiếu nhiều kỹ năng nghiên cứu khoa học cơ bản. Học sinh gặp khó khăn trong việc đặt câu hỏi nghiên cứu, thiết kế thí nghiệm, và phân tích dữ liệu. Việc thiếu thực hành nghiên cứu khoa học dẫn đến việc học sinh chưa hình thành được tư duy khoa học. Giáo dục STEM được đề xuất như một giải pháp để khắc phục những hạn chế này. Giáo dục STEM tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, tạo điều kiện cho học sinh phát triển NLNCKH thông qua các hoạt động thực hành. Học sinh cần được tham gia vào các hoạt động thực hành nghiên cứu khoa học để phát triển kỹ năng nghiên cứu khoa học cần thiết.

II. Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải chăn nuôi

Phần này tập trung vào ứng dụng vi sinh vật cụ thể trong việc xử lý nước thải chăn nuôi. Đây là một vấn đề môi trường cấp thiết cần được giải quyết. Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất thải hữu cơ. Công nghệ sinh học môi trường cung cấp các giải pháp hiệu quả. Ô nhiễm môi trường nước do nước thải chăn nuôi gây ra là vấn đề nghiêm trọng. Quản lý môi trường cần có các giải pháp bền vững. Giải pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật thân thiện với môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước. Sinh thái học có vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của phương pháp này. Mô hình xử lý nước thải được thiết kế và thực hiện bởi học sinh. Phân tích mẫu nước được thực hiện để đánh giá hiệu quả xử lý.

2.1 Cơ sở khoa học của việc sử dụng vi sinh vật

Sử dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải chăn nuôi dựa trên cơ sở khoa học vững chắc. Vi sinh vật, đặc biệt là các loại vi khuẩn có khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình xử lý nước thải bao gồm nhiều giai đoạn, trong đó vi sinh vật đóng vai trò chủ chốt. Vi sinh vật có ích được chọn lọc để đảm bảo hiệu quả xử lý. Sinh thái học vi sinh vật giúp hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa các loại vi sinh vật trong hệ thống xử lý. Công nghệ sinh học môi trường đóng vai trò then chốt trong việc phát triển và ứng dụng các công nghệ xử lý nước thải thân thiện với môi trường. Tài nguyên nước cần được bảo vệ.

2.2 Thiết kế và thực hiện mô hình xử lý

Học sinh được hướng dẫn thiết kế và thực hiện mô hình xử lý nước thải sử dụng vi sinh vật. Mô hình cần đảm bảo các yếu tố: hiệu quả xử lý, chi phí thấp, và thân thiện với môi trường. Quá trình xữ lý nước thải được theo dõi chặt chẽ. Phân tích mẫu nước được thực hiện định kỳ để đánh giá hiệu quả của mô hình. Dữ liệu thu thập được phân tích để đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý. Vi sinh vật trong xử lý nước thải cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện môi trường cụ thể. Chăn nuôi bền vững đòi hỏi việc xử lý nước thải hiệu quả.

III. Đánh giá và ứng dụng

Phần này trình bày kết quả đánh giá hiệu quả của việc áp dụng phương pháp này trong việc phát triển NLNCKH của học sinh. Báo cáo nghiên cứu được trình bày một cách khoa học. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng để thu thập dữ liệu đánh giá gồm: quan sát, phỏng vấn, và phân tích sản phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy học sinh có sự tiến bộ đáng kể về NLNCKH. Ứng dụng của nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn. Giảm thiểu ô nhiễm môi trường là mục tiêu quan trọng. Giải pháp bền vững cần được áp dụng rộng rãi. Chăn nuôi bền vững là một phần của mục tiêu lớn hơn là bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này đóng góp vào việc hoàn thiện chương trình giáo dục STEM.

3.1 Đánh giá hiệu quả

Hiệu quả của mô hình được đánh giá dựa trên nhiều tiêu chí: sự tiến bộ của học sinh về NLNCKH, chất lượng sản phẩm, và sự hài lòng của học sinh. Phân tích định lượng và phân tích định tính được sử dụng để đánh giá kết quả. Rubric đánh giá được xây dựng để đảm bảo tính khách quan. Thái độ học tập của học sinh được xem xét. Báo cáo nghiên cứu tóm tắt kết quả đạt được. Môi trường học tập tích cực khuyến khích sự tham gia của học sinh. Kết quả đánh giá cho thấy mô hình có hiệu quả trong việc phát triển NLNCKH của học sinh.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn. Mô hình có thể được áp dụng rộng rãi trong các trường học. Việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải chăn nuôi giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Giải pháp bền vững này đóng góp vào việc bảo vệ môi trường. Quản lý môi trường cần sự tham gia của cộng đồng. Chăn nuôi bền vững cần được đẩy mạnh. Giáo dục môi trường cần được chú trọng. Công nghệ sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề môi trường.