DẠY HỌC STEM: TRỒNG CÂY THỦY CANH

Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo hướng tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Thông qua cách tiếp cận giáo dục tích hợp trong STEM, học sinh nhận thức được sự giao thoa giữa các ngành khoa học và toán học, thấy được sự cần thiết của các kiến thức khoa học để giải quyết một vấn đề thực tiễn hay tạo nên một sản phẩm. Đồng thời, trong quá trình đó HS được khuyến khích sáng tạo, khơi gợi niềm say mê học tập và giúp các em khám phá tiềm năng của bản thân. Mục đích chính của các chương trình giáo dục STEM là tạo cho các em hứng thú học tập, tạo ra những con người tương lai, có đầy đủ phẩm chất, năng lực, bản lĩnh để thích nghi với cuộc sống hiện đại, như các năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.

Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo hướng tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Thông qua cách tiếp cận giáo dục tích hợp trong STEM, học sinh nhận thức được sự giao thoa giữa các ngành khoa học và toán học, thấy được sự cần thiết của các kiến thức khoa học để giải quyết một vấn đề thực tiễn hay tạo nên một sản phẩm. Đồng thời, trong quá trình đó HS được khuyến khích sáng tạo, khơi gợi niềm say mê học tập và giúp các em khám phá tiềm năng của bản thân. Mục đích chính của các chương trình giáo dục STEM là tạo cho các em hứng thú học tập, tạo ra những con người tương lai, có đầy đủ phẩm chất, năng lực, bản lĩnh để thích nghi với cuộc sống hiện đại, như các năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.

Sinh học là một môn khoa học nằm trong thành tố của Giáo dục STEM, việc tổ chức dạy học kiến thức Sinh học theo định hướng giáo dục STEM chính là một hướng nghiên cứu hiệu quả giúp nội dung học tập gắn liền với thực tiễn, giúp HS hình thành được những kỹ năng cần thiết để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại.

Hiện nay, do có nhiều lo ngại về an toàn thực phẩm, trong đó lo ngại về dư lượng thuốc trừ sâu và phân hóa học tồn dư trên rau, củ, quả nên nhiều gia đình tại các thành phố lớn tìm giải pháp tự trồng rau sạch. Vấn đề đặt ra là thực hiện trồng thế nào? Chăm sóc ra sao? các sản phẩm cây trồng liệu có đảm bảo an toàn khi sử dụng? là những câu hỏi lớn cần giải đáp. Trong dạy học chủ đề, học sinh sẽ thực hiện dự án “Trồng cây với dung dịch thủy canh từ phân bón hóa học”, dựa trên những nghiên cứu và thử nghiệm ở mức độ cơ bản của các kiến thức môn Hóa học 11, Sinh học 10, Vật lí 10 và Công nghệ 10. Việc thực hiện dự án nhằm tìm ra căn cứ của việc sử dụng dung dịch thủy canh từ phân bón hóa học cho một số loại cây trồng phát triển tốt và đảm bảo an toàn sinh học. Dự án học tập này có khả năng tổ chức để HS thực hiện các hoạt động học tập môn khoa học như  Hóa học, Sinh học, Vật lí, công nghệ và nghiên cứu thử nghiệm theo quy trình khoa học, kĩ thuật.

1. Tiêu chí xây dựng chủ đề

Chủ đề STEM: Trồng cây thủy canh được xây dựng dựa trên các tiêu chí:

Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề thực tiễn

 “trồng cây thủy canh” xuất phát từ vấn đề thực tiễn là trồng rau sạch.

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

 (1) Xác định vấn đề - (2) Nghiên cứu kiến thức nền- (3) Đề xuất ý tưởng cho giải pháp – (4) Lựa chọn giải pháp tối ưu – (5) Phát triển và chế tạo mô hình – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Hoàn thiện thiết kế.

Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm

Trồng cây thủy canh: Khơi dậy óc tò mò của HS: Nếu chúng ta thay đổi phương pháp trồng rau hoàn toàn trong nước mà không cần tới đất theo em có khả thi không? Trồng rau thủy canh có phải là giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề trồng rau sạch không?

Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo

Trong bài học STEM trồng cây thủy canh,  GV chỉ cung cấp cho HS bộ câu hỏi gợi ý, định hướng mà không cung cấp cụ thể chi tiết các bước tiến hành như thế nào. HS sẽ phải chủ động suy nghĩ, làm việc nhóm và thảo luận với nhau nhiều để quyết định chọn cách thực hiện nào.

Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán học mà học sinh đã và đang học

Trồng cây thủy canh kết nối và tích hợp nội dung ở lĩnh vực khoa học (sinh học, vật lý, hóa học), công nghệ và toán học.

Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là 1 phần cần thiết trong học tập

Trồng cây thủy canh, phương án giải quyết vấn đề là do HS suy nghĩ, làm việc nhóm và thảo luận với nhau lựa chọn cách thực hiện. Các nhóm sẽ có nhiều phương án khả thi, nhưng có thể sẽ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Qua đó HS được “nếm trải” qua các cảm xúc của thất bại cũng như thành công trong quá trình học tập.

2. Quy trình thực hiện

. Bước 1: Lựa chọn chủ đề

- Nội dung:  Rễ cây hấp thụ nước và các ion khoáng. Trong các nguyên tố dinh dưỡng khoáng cây cần 17 nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu. Việc thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển của cây, cây không hoàn thành được chu trình sống. Việc cung cấp liệu lượng phân bón cao quá mức cần thiết sẽ không chỉ gây độc hại đối với cây mà còn gây ô nhiễm nông phẩm và môi trường.

- Vấn đề thực tiễn: Trồng rau sạch

- Sản phẩm ứng dụng: Mô hình trồng rau thủy canh

- Chủ đề STEM: Trồng cây thủy canh

Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề STEM “Trồng cây thủy canh”

a) Kiến thức:

- Nêu được khái niệm: Nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu, các nguyên tố dinh dưỡng đại lượng và vi lượng.

- Mô tả được một số dấu hiệu điển hình khi thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu và nêu được vai trò đặc trưng nhất của các nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu.

- Liệt kê được các nguồn cung cấp dinh dưỡng khoáng cho cây, dạng phân bón (muối khoáng) mà cây hấp thụ được.

- Trình bày được ý nghĩa của liều lượng phân bón hợp lí đối với cây trồng môi trường và sức khỏe con người.

b) Kỹ năng:

- Thiết kế các bản vẽ, mô hình trồng rau thủy canh.

- Xây dựng được nguyên lý hoạt động của dạng mô hình thủy canh hồi lưu.

- Chế tạo và lắp ráp các sản phẩm theo phương án thiết kế.

  - Bố trí được các thí nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thiếu một vài nguyên tố khoáng thiết yếu đến sinh trưởng phát triển của cây => Quan sát và giải thích => Kết luận.

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến các mô hình.

- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện.

c) Thái độ:

- Củng cố thêm niềm tin vào khoa học.

- Ý thức bảo vệ môi trường, yêu thiên nhiên.

- Say mê nghiên cứu khoa học.

- Nhiệt tình, năng động trong quá trình gia công, lắp ráp sản phẩm.

- Có tinh thần xây dựng nhóm, trách nhiệm đối với các nhiệm vụ chung của nhóm.

- Nghiêm túc trong việc phát hiện năng lực, sở trường của mình để có thể định hướng được nghề nghiệp cho bản thân.

d) Các năng lực cần hướng tới: Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn, năng lực tự học, năng lực nghiên cứu khoa học, năng lực hợp tác, năng lực sáng tạo.

Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề STEM

Bộ câu hỏi định hướng:

Bước 4: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề

Bước 5: Xác định nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề trong chủ đề STEM

Bước 6: Thiết kế và tổ chức hoạt động học tập

3. Một số hình ảnh học tập của HS

HS chuẩn bị dụng cụ, thiết kế dụng cụ trồng cây

Chuẩn bị giá thể và gieo hạt

Lập biểu đồ so sánh sinh trưởng của cây