Sáng kiến kinh nghiệm Phát triển năng lực tư duy, sáng tạo cho học sinh thông qua Bài dạy STEM kỹ thuật trong chương trình Hóa học 10

 SÁNG KIẾN 
PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY, SÁNG TẠO CHO 
HỌC SINH THÔNG QUA BÀI DẠY STEM KỸ THUẬT 
 TRONG CHƢƠNG TRÌNH HÓA HỌC 10 
 LĨNH VỰC: HÓA HỌC 
 Năm thực hiện: 2022- 2023 TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG HOÀNG 
 MAI 
 SÁNG KIẾN 
PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY, SÁNG TẠO CHO 
HỌC SINH THÔNG QUA BÀI DẠY STEM KỸ THUẬT 
 TRONG CHƢƠNG TRÌNH HÓA HỌC 10 
 LĨNH VỰC: HÓA HỌC 
 Nhóm tác giả: 
 1. Nguyễn Thị Trang - SĐT: 0986434827 
 2. Nguyễn Thị Nga - SĐT: 0988269899 
 Năm thực hiện: 2022- 2023
 MỤC LỤC
 Trang Chƣơng 3. Giải pháp và thực nghiệm đề tài 13
3.1. Xây dựng kế hoạch Bài dạy STEM kỹ thuật 13
3.1.1. Mô hình mô phỏng cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử 13
Aluminium 
3.1.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học 3D 28
3.1.3. Mô hình mô phỏng cấu trúc phân tử methane (CH4) 19
3.2. Tổ chức thực hiện Bài dạy STEM kỹ thuật 47
3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm 17
3.4. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đề xuất 49
3.4.1. Mục đích khảo sát 49
3.4.2. Nội dung và phương pháp khảo sát 50
3.4.2.1. Nội dung khảo sát 50
3.4.2.2. Phương pháp khảo sát và thang đánh giá 50
3.4.3. Đối tượng khảo sát 51
3.4.4. Kết quả khảo sát về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải 51
pháp đã đề xuất 
Phần III. Kết luận và kiến nghị 55
1. Đánh giá kết quả đã đạt được, những đóng góp mới, tính sáng 55
tạo của sáng kiến 
2. Kiến nghị đề xuất 55 xã hội. Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, với tinh thần đổi 
mới của Chương trình giáo dục phổ thông 2018, việc thúc đẩy giáo dục STEM 
trong nhà trường phổ thông là tất yếu. 
 Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Phát triển năng 
lực tư duy, sáng tạo cho học sinh thông qua Bài dạy STEM kỹ thuật trong 
chương trình Hóa học 10.” 
 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 
 Vận dụng cơ sở lí luận và thực tiễn về Bài dạy STEM kỹ thuật trong dạy 
học nhằm phát triển năng lực tư duy, sáng tạo cho học sinh. 
 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 
 3.1. Đối tượng nghiên cứu
 1 
 Xây dựng kế hoạch bài dạy STEM kỹ thuật trong chương trình Hóa học 
 10. 
 3.2. Phạm vi nghiên cứu 
 - Đề tài nghiên cứu các vấn đề liên quan đến hoạt động phát triển năng lực 
tư duy, sáng tạo cho học sinh thông qua Bài dạy STEM kỹ thuật trong chương 
trình hóa học 10. 
 - Thực nghiệm đề tài đối với học sinh lớp 10 trường THPT Hoàng 
 Mai. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 
 - Phương pháp nghiên cứu tài liệu. 
 - Phương pháp quan sát 
 - Phương pháp phỏng vấn 
 - Phương pháp thực nghiệm sư phạm. 
 5. Những đóng góp mới của đề tài 
 5.1. Về lý luận 
 Đề tài làm rõ những cơ sở lý luận cũng như quy trình tổ chức bài dạy STEM 
kỹ thuật. Đây là một trong những hình thức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà 
trường trung học. Giáo viên thiết kế các bài dạy STEM kỹ thuật để triển khai trong 
quá trình dạy học môn Hóa học theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc liên 
môn. Nội dung bài dạy bám sát chương trình giáo dục phổ thông và thời lượng 
theo quy định của chương trình.Vì vậy hình thức bài dạy STEM được triển khai 
thường xuyên hơn. 
 5.2. Về thực tiễn 
 Đề tài đã được nghiên cứu và đúc rút từ kinh nghiệm có tính thực tiễn cao. 
Bài dạy STEM kỹ thuật khắc phục được những hạn chế, khó khăn về cơ sở vật 
chất, thời gian và kiến thức liên môn. Ưu tiên sử dụng các thiết bị, công nghệ sẵn 
có, dễ tiếp cận với chi phí tối thiểu, thời gian hoàn thành sản phẩm nhanh, tạo Bài dạy STEM kỹ thuật là hình thức tổ chức hoạt động giáo dục được thiết 
kế dựa trên quy trình thiết kế kỹ thuật. Bài dạy STEM kỹ thuật hướng tới phát 
hiện, đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn trên cơ sở vận dụng các 
nguyên lí khoa học, toán và các công nghệ hiện có. Bài dạy STEM kỹ thuật được 
sử dụng trong các môn học của lĩnh vực STEM, là sự kết hợp giữa tìm tòi nguyên 
lí khoa học và vận dụng nó trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề 
đặt ra hay đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Cấu trúc bài dạy STEM kỹ thuật 
gồm 5 hoạt động chính trên cơ sở quy trình 8 bước của hoạt động thiết kế kỹ thuật. 
 3 
 Tổ chức thực hiện bài dạy STEM kỹ thuật thường kết hợp giữa hoạt động 
trên lớp và hoạt động ngoài giờ học. Trong đó, các hoạt động xác định vấn đề; lựa 
chọn giải pháp; chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh thường được bố trí trên lớp, có sự 
điều khiển, giám sát của giáo viên. Các hoạt động còn lại diễn ra ở phòng bộ môn, 
phòng thực hành STEM, câu lạc bộ, hay các cơ sở giáo dục, trải nghiệm kỹ thuật, 
công nghệ ngoài nhà trường. 
 1.2. Vai trò của Bài dạy STEM kỹ thuật đối với sự phát triển năng lực 
tƣ duy, sáng tạo 
 Bài dạy STEM kỹ thuật chú trọng thiết kế, chế tạo; định hướng sản phẩm 
giải quyết vấn đề đặt ra. Bên cạnh tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề, bài dạy 
STEM kỹ thuật yêu cầu học sinh có năng lực khám phá khoa học (để chiếm lĩnh 
tri thức khoa học); năng lực về kỹ thuật, công nghệ trong vẽ thiết kế sản phẩm, lựa 
chọn và gia công vật liệu cơ khí; thiết kế, lập trình và lắp ráp mạch điện điều khiển 
và tự động hóa, in 3D, công nghệ IoT, Robotics,(để thiết kế, chế tạo sản phẩm). 
Việc học của học sinh giống như công việc của các kỹ sư (Engineer). Thông qua 
bài dạy STEM kỹ thuật, học sinh được tự mình khám phá tri thức khoa học, vận 
dụng tri thức đó để thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra, phát 
triển tư duy thiết kế, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. 
 1.3. Quy trình xây dựng kế hoạch Bài dạy STEM kỹ thuật 5 
 Bước 4. Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học 
 1.4. 
Định hƣớng về phƣơng pháp và công cụ đánh giá trong dạy học Bài dạy 
STEM kỹ thuật 
 Trong bài dạy STEM kỹ thuật, phương pháp và công cụ đánh giá được sử 
dụng đa dạng tùy vào từng hoạt động cụ thể, đảm bảo hoạt động đánh giá vừa bám 
sát các quy định, hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Hoạt động Mục đích Phƣơng pháp Công cụ Ngƣời 
 đánh giá đánh giá Đánh giá mức Phương pháp Câu hỏi tự Giáo viên, 
 độ hiểu rõ quan sát (học luận (có thể học sinh đánh 
 kiến thức, sinh trình bày sử dụng kĩ giá đồng đ 
 biện pháp đề bản thiết kế). thuật 321). ng.
 xuất, khả Phương pháp 
 năng vận hỏi đáp (thảo 
 dụng kiến luận chung cả 
 thức vào đề lớp, giáo viên 
 và học sinh 
 xuất giải 
 khác đặt câu 
 pháp. hỏi làm rõ, 
 phản biện và 
 nhóm trình 
 bày trả lời).
 4. Chế Đánh giá sản Phương pháp Phiếu đánh Học sinh tự 
tạo m u, phẩm thử quan sát giá theo tiêu đánh giá.
 th nghiệm theo (thông qua chí (rubric). 
 nghiệm tiêu chí đánh quan sát sản Bảng kiểm.
và đánh giá sản phẩm. phẩm chế 
 giá tạo).
5. Chia Đánh giá mức Phương pháp Câu hỏi tự Giáo viên, 
sẻ, thảo độ nắm vững quan sát luận (có thể học sinh đánh 
luận, kiến thức, khả (thông qua sử dụng kĩ giá đồng đ 
điều năng vận trình bày sản thuật 321). ng.
chỉnh dụng 
 7
 kiến thức vào phẩm) và 
 chế tạo sản Phương pháp 
 phẩm, khả đánh giá qua 
 năng giải sản phẩm học 
 quyết vấn đề tập (thông 
 trong quá qua sản phẩm 
 trình chế tạo STEM của 
 sản phẩm và bài học).
 ý tưởng cải 
 tiến, phát 
 triển sản 
 phẩm. Câu 2. Thầy/Cô đã từng tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong giảng 
dạy môn Hóa học cho học sinh theo hình thức nào? 
 79.2% 
 trải nghiệm STEM 
 20.8% 
 29.2% 
 Hoạt động 
 nghiên cứu khoa học – kỹ 
 thuật 
 Bài dạy STEM Hoạt động 
 Câu 3. Theo thầy/ cô, sử dụng bài dạy STEM kỹ thuật đối với môn Hóa học 
có hiệu quả trong việc phát triển năng lực tư duy, sáng tạo cho học sinh không? 
 Không hiệu quả, 
 0.00%
 Không chắc 
 chắn, 16.7% 
 Rất hiệu quả, 
 54.2% 
 Hiệu quả, 29.2% 
 9 
 Câu 4. Khi thực hiện hoạt động giáo dục STEM trong dạy học môn Hóa 
học, thầy/ cô gặp những khó khăn nào ? 
 90.5% 86.6%
 82.7% 67.7% 
 4.7% 
 dụng kiến thức đề còn hạn chế. 
 Đòi hỏi nhiều thời Năng lực vận gian và công sức 
 nhiều môn học sáng tạo 
 Vật liệu không Thiếu ý tưởng có sẵn ở trường/ 
 Không gặp khó lớp để giải quyết vấn khăn nào 
 2. Khảo sát hoạt động học của học sinh Câu 4. Khi tham gia hoạt động giáo dục STEM, bạn thường gặp những khó 
khăn nào? 
 90.5% 
 82.7% 86.6% 
 67.7% 
 4.7% 
 Vật liệu không có dụng kiến thức còn hạn chế. Không gặp khó 
 Đòi hỏi nhiều thời sẵn ở trường/ lớp nhiều môn học để Thiếu ý tưởng khăn nào
 gian và công sức Năng lực vận giải quyết vấn đề sáng tạo 
 11 
 3. Đánh giá kết quả khảo sát 
 Dựa vào kết quả khảo sát từ GV và HS, chúng tôi nhận thấy: 
 - Về tổ chức hoạt động dạy học: nhận thấy rằng đa số giáo viên thường 
xuyên sử dụng phương pháp thảo luận nhóm/ thuyết trình, vấn đáp và giải bài tập 
(định tính/định lượng) khi tổ chức hoạt động cho học sinh. GV rất ít khi sử tổ chức 
hoạt động giáo dục STEM và thỉnh thoảng cho HS làm thí nghiệm hóa học. 
 - Về tổ chức hoạt động giáo dục STEM: Đa số GV đã từng tổ chức hoạt 
động trải nghiệm STEM (như CLB STEM,) hoặc một số ít GV tham gia hướng 
dẫn HS nghiên cứu khoa học – kỹ thuật và rất ít GV tổ chức thực hiện hoạt động 
bài dạy STEM nói chung, và Bài dạy STEM kỹ thuật nói riêng. 
 100% GV và đa số HS tham gia khảo sát đều nhận thấy 3 hạn chế cơ bản 
khi tổ chức hoạt động giáo dục STEM nói chung gồm: Trang thiết bị, cơ sở vật 
chất không có sẵn ở trường/lớp; nhiều GV thiếu kiến thức liên môn chuyên sâu, 
năng lực vận dụng kiến thức nhiều môn học của HS để giải quyết vấn đề còn hạn Yêu cầu cần đạt trong chƣơng trình GDPT 2018: 
 - Trình bày và so sánh được mô hình của Rutherford – Bohr với mô hình hiện 
 đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử. 
 - Nêu được khái niệm về orbital nguyên tử (AO), mô tả được hình dạng của 
 AO (s, p), số lượng electron trong 1 AO. 
 - Trình bày được khái niệm lớp, phân lớp electron và mối quan hệ về số lượng 
 phân lớp trong một lớp. Liên hệ được về số lượng AO trong một phân lớp, trong 
 một lớp. 
 - Viết được cấu hình electron nguyên tử theo lớp, phân lớp electron và theo 
 orbital khi biết số hiệu nguyên tử Z của 20 nguyên tố đầu tiên trong BTH. 
 - Dựa vào đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử dự doán 
 được tính chất hóa học cơ bản (kim loại hay phi kim) của nguyên tố tương 
 ứng.
 I. Mục tiêu 
 1. Về kiến thức 
 Sau bài học này, học sinh hình thành được các kiến thức sau: 
 - Mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử. 
 - Khái niệm về orbital nguyên tử (AO), hình dạng của AO (s, p), số lượng 
electron trong 1 AO. 
 - Khái niệm lớp, phân lớp electron và mối quan hệ về số lượng phân lớp 
trong một lớp. Liên hệ được về số lượng AO trong một phân lớp, trong một lớp. 
 2. Về năng lực
 13 
 - Viết được cấu hình electron nguyên tử theo lớp, phân lớp electron và 
theo orbital khi biết số hiệu nguyên tử Z của 20 nguyên tố đầu tiên trong BTH. 
 - Dựa vào đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử dự doán 
được tính chất hóa học cơ bản (kim loại hay phi kim) của nguyên tố tương ứng. 
 - Đề xuất được bản thiết kế, chế tạo được mô hình mô phỏng cấu trúc lớp 
vỏ electron nguyên tử aluminium phù hợp với sự phân bố electron vào các phân 
lớp thuộc các lớp khác nhau trong vỏ electron nguyên tử. 
 3. Về phẩm chất 
 - Cẩn thận, tỉ mỉ trong quá trình thực hiện chế tạo mô hình mô phỏng cấu 
trúc lớp vỏ electron nguyên tử aluminium. 
 - Trung thực trong việc ghi chép các số liệu đo đạc và điều chỉnh trong 
quá trình chế tạo sản phẩm. ý, bổ sung. 
 - GV tổ chức cho HS thảo luận: Có thể thiết kế mô hình mô phỏng cấu trúc 
lớp vỏ electron nguyên Aluminium đáp ứng được những yêu cầu cơ bản nào? 
 Bƣớc 4: Kết luận, nhận định 
 - GV chốt kiến thức và một số yêu cầu cơ bản khi thiết kế mô hình mô 
phỏng cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử Al. 
 - GV giới thiệu mục tiêu của bài học là tìm hiểu sự chuyển động của electron 
trong nguyên tử, lớp và phân lớp electron, cấu hình electron nguyên tử và vận 
dụng kiến thức trong bài học thiết kế, chế tạo mô hình mô phỏng cấu trúc lớp vỏ 
electron nguyên tử Al. 
 2. Hoạt động 2: ây dựng kiến thức nền (75 phút) 
 Hoạt động 2.1. Hoạt động tìm hiểu sự chuyển động của electron trong 
nguyên tử 
 a. Mục tiêu 
 - Trình bày được mô hình của Rutherford - Bohr với mô hình hiện đại mô 
tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử. 
 - Nêu được khái niệm về orbital nguyên tử (AO), mô tả được hình dạng 
của AO (s, p), số lượng electron trong nguyên tử. 
 - So sánh được mô hình của Rutherford - Bohr với mô hình hiện đại mô tả 
sự chuyện động của electron trong nguyên tử. 
 b. Tổ chức thực hiện 
 Bƣớc 1: Chuyển giao nhiệm vụ
 15 
 - Chia lớp thành 6 nhóm 
 - GV hướng dẫn HS tải app Virtual Orbital-3D, chiếu hình ảnh và phát cho 
HS mã QR code các video.Yêu cầu học sinh quan sát, thảo luận và trả lời câu hỏi 
trong phiếu học tập số 2 (Phụ lục 1.1). 
 + App Virtual Orbital-3D + Hình 4.3. Đám mây electron của nguyên tử hydrogen 
 + Hình 4.4. Hình dạng của các orbital s và p 
 Bƣớc 2: Thực hiện nhiệm vụ 
 HS quan sát hình ảnh và xem đoạn video. Thảo luận nhóm và trả lời các 
câu hỏi trong phiếu học tập số 2. 
 Sản phẩm: 
 Câu 1: Điểm giống nhau: Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương 
và vỏ nguyên tử chứa electron mang điện tích âm. Electron chuyển động xung 
quanh hạt nhân.
 17 
 Điểm khác nhau: Bƣớc 4: Kết luận, nhận định 
 - GV tổng kết: trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung 
quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định, tạo thành đám mây electron. 
 - Orbital nguyên tử (kí hiệu là AO) là khu vực không gian xung quanh hạt 
nhân nguyên tử mà xác suất tìm thấy electron trong khu vực đó là lớn nhất (khoảng 
90%). 
 Một số AO thường gặp: s, p, d, f; và chúng có hình dạng khác nhau: AO s 
có dạng hình cầu, AO p có dạng hình số tám nổi, AO d và f có cấu trúc phức tạp 
hơn. 
 Hoạt động 2.2. Hoạt động tìm hiểu về lớp và phân lớp electron 
 a. Mục tiêu 
 18 
 - Trình bày được khái niệm lớp, phân lớp electron; 
 - Trình bày được mối quan hệ về số lượng phân lớp trong một lớp; 
 - Liên hệ được về số lượng AO trong một phân lớp, trong một lớp; 
 b. Tổ chức thực hiện 
 Bƣớc 1: Chuyển giao nhiệm vụ 
 - Chia lớp thành 6 nhóm 
 - GV hướng dẫn HS tải app Atom, chiếu hình ảnh và yêu cầu học sinh 
quan sát, thảo luận và trả lời câu hỏi trong phiếu học tập số 3 (Phụ lục 1.1). 
 + App Atom savvyEdu 
 HS sử dụng 
 app Atom savvyEdu xem sự phân bố electron vào các lớp trong vỏ nguyên tử 
+ Hình 4.5. Minh họa các lớp electron ở vỏ nguyên tử