Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIEN 1. Khái niệm cơ bản về "mô hình" và nội dung dạy học về Nguyên tử 1. Khái niệm “mô hình" Theo từ điển Tiếng Việt năm 2003 định nghĩa "Mô hình là vật cùng hình dang nhưng lam thu nhỏ lại nhiều, mô hình phòng cau tạo và hoạt động của một vật khác dé trình bày, nghiên cứu.
Vi dụ như mô hình máy bay,. Ngoài ra, Dang Thế Hưng còn nhận định "Mô hình (Model) là đồ vật thay thế hay ý niệm (tư duy có chủ định) phản ánh một sự vật hay quá trình có thật đang tồn tại hoặc có thé xuất hiện trong thế giới. cho biết những thuộc tính bản chất nhất, những nguyên lý cơ bản nhất, những đặc điểm nỗi bật nhất hiện có hoặc sẽ có của nó một cách tỉnh giản, khái quát và minh bach" [9]. Nội dung dạy học Nguyên tử trong môn Khoa hoc tự nhiên 7 Chủ dé "Nguyên tử" môn Khoa học tự nhiên lớp 7 là chủ đề đầu tiên của Chất va sự biến đôi của chất.
Thông qua nội dung "Nguyên tứ”, học sinh sẽ được tìm hiểu vé mô hình sắp xếp electron trong các lớp electron ở vỏ nguyên tử theo mô hình nguyên tử Rutherford - Bohr; Khôi lượng của một nguyên tử theo đơn vị quốc tế; Khái niệm về nguyên t hoá học và kí hiệu nguyên tô hoá học của 20 nguyên tô đầu tiên. Những kiến thức nền tảng về nguyên tử giúp học sinh có thẻ nêu được các nguyên tắc xây dựng bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Theo sách giáo khoa Khoa học tự nhiên 7 - Chân trời sáng tạo, "Nguyên tử có kích thước v6 cùng nhỏ, tạo nên các chất" [10]. Tuy nhiên, Đào Đình Thức còn cho rằng: "Nguyên tử là phần tử nhỏ nhất của một nguyên tô hoá học còn mang tính chất hoá học của nguyên tô đó" [11].
"Theo Ernest Rutherford (1871 - 1937), nguyên tử có cau tạo gồm hạt nhân ở bên trong và vỏ tạo bởi một hay nhiều electron " [10]. "Sau nay, đựa trên mô hình của Rutherford, Neils Bohr (1885 - 1962) đã phát triển một mô hình hoàn chỉnh hon dé mô tả về nguyên tử. Theo ông, nguyên tử gồm các electron được sắp xép thành từng lớp và chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo tương tự như hành tinh trong hệ Mặt Trời. Mô hình này được gọi là Rutherford - Bohr" [10].
Dưới đây là hình 1.1 thê hiện các giai đoạn hình thành nguyên tử. Tổng quan lịch sử nghiên cứu van đề học cụ Nguyên tử trong dạy học 1. Nghiên cứu về học cụ Nguyên tử trên thé giới Theo Mahlatse Nkadimeng, Piet Mankiewicz đã sử dụng phần mềm trò chơi Minecraft Edu tạo trò chơi điện tử làm công cụ dạy học cau trúc nguyên tử cụ thé và dé hiểu hơn băng cách kết hợp hình anh cung cấp nhiều chi tiết hon và hap dẫn học sinh Trung học cơ sở. Nghiên cứu đã kiến nghị sử dụng kết hợp thêm mô phỏng PhET và video Youtube [12].
Mô hình Electronium có thé liên kết các bài hóa học và kết hợp mô hình vỏ không gian. Tat cả trạng thái thuộc về một số lượng tử chính n được hiểu là một lớp vỏ [13]. Trên phần mềm dạy học PhET có mô phỏng tạo dựng một nguyên tử có thê giảng dạy trên các chủ đẻ liên quan đến nguyên tử bằng cách sử dụng các proton, neutron va electron để tạo ra mô hình của một nguyên tử rồi xác định nguyên tô, khối lượng và điện tích của nó, v. Ngoài ra, video hướng dẫn thiết kế mô hình nguyên tử chuyên động lơ lửng mà không sử dụng pin hoặc điện được thiết kế bằng những quả bóng bằng xốp mút, kẽm, dây và trụ bằng kim loại giúp giữ cân bằng cho nguyên tử đi chuyên trên Youtube [15].
Những đồ dùng day học được các nhóm tác giả trên thiết kế thường sứ dụng các phần mém công nghệ dé day học, hình anh sẽ trực quan. Nhưng bên cạnh những ưu điểm thì có những mặt hạn chế như: giáo dục phỏ thông ở Việt Nam tùy theo từng địa phương, từng trường học mà cơ sở vật chất sẽ khác nhau. Hiện nay, vẫn còn rất nhiều trường chưa được đầu tư cơ sở vật chất day đủ như máy chiều, màn hình chiếu hay tivi có kết nối internet dé thực hiện dạy học trực tiếp kết hợp với dạy học trực tuyến tại lớp. Giáo viên vẫn chưa tiếp cận được phương pháp dạy học tích cực mới cho môn Khoa học tự nhiên.
Nghiên cứu về học cụ Nguyên tử trong nước Tác giả Nguyễn Thanh Thủy, Nguyễn Minh Hải, Đặng Thị Thuận An đã sử dụng hình ảnh về cau trúc của nguyên tử hay phân tử trong phương pháp day học truyền thống và ứng dụng Powerpoint trong dạy học biểu điễn một số mô hình cấu trúc nguyên tử [16]. Ngoài ra theo thông tư 38/2021/TT-BGDĐT về danh mục thiết bị dạy học tôi thiêu cấp Trung học phô thông đã sử dụng phần mềm mô phỏng 3D về mô hình nguyên tử cla Rutherford - Bohr, phần mềm cho phép thấy sự chênh lệch gần chính xác kích thước giữa các hạt, quan sát sự sắp xếp theo lớp và di chuyền của electron [5]. Tác giả Nguyễn Hai Phước đã dạy hoc mô hình nguyên tử Rutherford - Bohr bằng đất sét, đĩa giấy trong môn Khoa học tự nhiên 7 tại lớp 7.3 trường THCS Nguyễn Du, Quận 01 [17]. Thông qua thực hiện sản phẩm.
học sinh hiểu rõ hơn về cau tạo của nguyên tử. Còn trong đẻ tài sáng kiến kinh nghiệm "Sử dụng mô hình phân tử trong day học Hóa học hữu cơ lớp 11 ở trường THPT”, mô hình phan tử chỉ xây dựng hệ thống mô hình phân tử theo công thức phân tử bằng những dụng cụ như quả cầu, thanh đài, keo dan,. Tuy nhiên, mô hình phân tử này chưa dé cập cau tạo của mô hình nguyên tử đơn giản theo các thuyết Rutherford - Bohr [3]. Ngoài ra, thị trường còn lưu hành một học cụ mô hình phân tử dạng rỗng của Nhà xuất bản giáo duc Việt Nam Công ty cô phan sách và thiết bị trường học Thành phố Hồ Chi Minh [18].
Bộ dụng cụ gồm những quả cầu chia thành 8 màu và kích thước khác nhau với đặc trưng cho từng nguyên tử như Hydrogen, Carbon, Nitrogen,. cùng các thanh nối đặc trưng cho các liên kết đôi, liên kết đơn, liên kết ba và có độ dài khác nhau. Và bộ mô hình phân tu dạng đặc sẽ khác với mô hình phân tử đạng rỗng ở những quả câu có cầu tạo khác nhau [19]. Một số sản phâm học cụ được đăng trên Internet, bài báo khoa học, các sản phẩm được bán tại các trang thương mại điện tử và cả nhà xuất bản thiết bị giáo dục, youtube,.
cụ the như sau: Trường Trung học Ph6 thông Ngô Si Liên. tinh Bắc Giang đã tổ chức day học STEM với chủ đề cau tạo nguyên tử. Các nhóm thiết kế mô hình nguyên tử trên phần mềm Tinkercad, xây dựng mô hình nguyên tử dang 3D online. Ngoài ra, HS kết hợp của các hình khối trong tạo hình đẻ thực hiện các mô hình bằng kẽm, hạt nhựa trong không gian 3 chiều [7].
Ở trường Trung học cơ sở Thành Mỹ, giáo viên đã tô chức tiết học STEM vẻ làm mô hình nguyên tử từ bìa carton, đất sét, thanh gỗ,. dé học sinh sáng tạo thiết kế [20]. chương trình giáo dục phô thông 2018 - môn Khoa học tự nhiên với nội dung Nguyên tử, các dé tài về học cụ dạy học còn khá ít, đa phần đạy học về lắp rap nguyên tử hay phân tử, hoặc được day học theo định hướng STEM đều mang tính trực quan vả sinh động. Bên cạnh đó, những học cụ trên còn tôn tai những mặt hạn chế như: học cụ còn mang tính riêng lẻ, việc lắp đặt mang tính ôn, các bộ học cụ không thê tái sử dụng cho các năm học sau [7].
giá thành còn tương đối cao ở một số mô hình như được thé hiện trong [3], [18-19]. Tổng quan về quy trình EDP Đề tài Khoá luận tốt nghiệp này được nghiên cứu và tuân thủ theo quy trình thiết kế kỳ thuật EDP. - Quy trình EDP (Engineering Designe Process) là quy trình được phỏng theo quá trình thiết kế sản phẩm kỹ thuật của các kỹ sư [21]. Ngoài ra, quy trình EDP cũng được ứng dụng rộng rãi trong việc dạy học theo định hướng STEM và có môi liên hệ mật thiết với quy trình 5E trong dạy học [22].
10 - Năm 2003, nhóm các nghiên cứu Cunningham và Lachapelle thuộc Bao tang Khoa học Boston bat dau phát triển chương trình giảng day và quy trình thiết kế kỹ thuật với 5 bước: Dat câu hỏi (Ask); Tưởng tượng các ¥ tưởng (Imagine); Lập kế hoạch, lên phương án thiết kế (Plan); Chế tao (Create); Cải thiện và khắc phục lỗi trong thiết kế (Improve) [23]. II Chương 2. THIẾT KE, CHE TAO VA THU NGHIEM BỘ HỌC CỤ Dựa trên quy trình EDP, xuất phát từ các câu hỏi nghiên cứu (Ask) đã nêu trên đẻ hình thành những suy nghĩ và dé xuất cau trúc bộ học cụ ban đầu (/magine) gồm hạt nhân (proton, neutron) va lớp vỏ clectron gồm nhiều electron được trình bày trên mặt phẳng dé dé quan sát số lượng các hạt. Tuy nhiên, theo dong lịch sử, chúng ta thấy có rat nhiều thuyết, mô hình nghiên cứu về nguyên tử, cầu tạo nguyên tử nên để giúp học sinh hiệu được sâu sắc hơn thì mô hình Nguyên tử 3D có thé quan sát trong không gian 3 chiều và quan sát được sự chuyên động các hạt bên trong.
Học cụ mô hình Nguyên tử Rutherford - Bohr trên mặt phẳng 2. Mô tả chung .Mô hình Nguyên tử Rutherford - Bohr trên mặt phăng được thiết kế và chế tạo nhằm mục tiêu đáp ứng được yêu câu cần đạt: "Trình bày được mô hình nguyên tử của Rutherford - Bohr (mô hình sắp xếp electron trong các lớp vỏ nguyên tử)” [1]. Bước 3 của EDP được thê hiện qua việc lên kế hoạch. thiết kế (Plan) mô hình biêu diễn các electron chuyên động trên những quỹ đạo bình tròn xác định xung quanh hạt nhân, gồm: proton vả neutron trên mặt phăng.
Hình mô tả mỏ hình Nguyên tứ Rutherford - Bohr trên mat phẳng [25] 2. Nguyên liệu thiết kế M6 hình Nguyên tử Rutherford - Bohr trên mặt phang gồm những lớp electron bằng xốp được cắt thành những vòng tròn đồng tâm có kích thước cách nhau và 3 loại nam châm khác màu tượng trưng cho 3 loại hạt: neutron, proton, electron. 12 ~ STT Nguyên liệu 0 lượng 1 |- Xốp đẻo Imm màu vàng (50 em x 80 em). | - Nam cham tron (30 mm) mau xanh 1a.
| Proton, | 10 ~ Nam châm tron (30 mm) mau den. Neutron | 10 4 | ~ Nam châm tron (30 mm) mau đỏ.