Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng thí nghiệm ảo và mô phỏng trong dạy học nhằm nâng cao kết quả học tập chương Cấu tạo nguyên tử, môn Hóa học Lớp 10 ban Khoa học xã hội

MỤC LỤC
SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO 
VÀ MÔ PHỎNG TRONG DẠY HỌC 
NHẰM NÂNG CAO KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, 
MÔN HOÁ HỌC LỚP 10 BAN KHXH
Nhóm nghiên cứu:
	NGÔ VĂN BÌNH, Trường THPT Chuyên Bắc Ninh
	NGUYỄN TIẾN DŨNG, P.Trưởng phòng THCN 
 Sở GD-ĐT Bắc Ninh
	NGUYỄN THỊ HOA, Trường THPT Yên Phong 1
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
	Ứng dụng CNTT là một yêu cầu quan trọng của đổi mới PPDH. Trường THPT Chuyên Bắc Ninh cũng như các trường khác trong tỉnh đã và đang phát triển, ứng dụng công nghệ mới trong DH một cách mạnh mẽ. Việc ứng dụng này có thể sử dụng cho tất cả các môn học. Đối với môn Hoá học có rất nhiều vấn đề trừu tượng, cũng như các vấn đề thực tiễn mà học sinh không được tiếp xúc(do địa phương không có), hoặc công nghệ cao mà chưa áp dụng ở VN. Để hỗ trợ cho các nội dung này SGK đã đưa ra rất nhiều tranh, ảnh minh hoạ. Tuy nhiên có rất nhiều vấn đề thuộc về trừu tượng như cấu tạo nguyên tử (là một tiểu phân vô cùng nhỏ bé) thì việc chỉ sử dụng các hình ảnh tĩnh vẫn rất khó hiểu đối với học sinh, dẫn tới việc tiếp thu kiến thức vẫn còn hạn chế chưa nói đến là việc vận dụng chúng. Điều này càng khó đối với học sinh ban KHXH, vì tư duy trừu tượng của các em có phần hạn chế.
	Giải pháp của chúng tôi đưa ra là sử dụng các thí nghiệm ảo và mô phỏng có nội dung phù hợp vào một số bài thuộc chương Cấu tạo nguyên tử thay vì sử dụng các hình ảnh tĩnh trong SGK. 
	Nghiên cứu được tiến hành trên hai nhóm tương đương: hai lớp 10 ban KHXH trường THPT Chuyên Bắc Ninh. Lớp thực nghiệm là lớp 10Sử, lớp đối chứng là lớp 10Địa. Lớp thực nghiệm được thực hiện giải pháp thay thế khi dạy các bài trong chương Cấu tạo nguyên tử. Kết quả cho thấy tác động có ảnh hưởng rõ rệt đối với kết quả học tập của học sinh: lớp thực nghiệm đã đạt kết quả học tập cao hơn so với lớp đối chứng. Điểm kiểm tra sau tác động của lớp thực nghiệm có giá trị trung bình là 7,4, điểm kiểm tra cuối chương của lớp đối chứng có giá trị trung bình là 6,1. Kết quả kiểm chứng T-test độc lập cho thấy p = 0,003 < 0,05 có nghĩa là có sự khác biệt lớn giữa điểm trung bình của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Điều đó chứng tỏ giải pháp thay thế đã có tác động nâng cao kết quả học tập chương Cấu tạo nguyên tử cho học sinh lớp 10 ban KHXH trường THPT Chuyên Bắc Ninh.
GIỚI THIỆU
	Trong SGK lớp 10 ban cơ bản, các thí nghiệm tìm ra các loại hạt trong thành phần cấu tạo nguyên tử, hình dạng các obitan, mô hình nguyên tử đều được mô tả bằng hình ảnh tĩnh, 2 chiều. Công nghệ tiên tiến của máy vi tính, máy chiếu đã tạo ra được những hình ảnh 3D, biểu diễn chuyển động của các hạt, tiến trình khám phá nguyên tử... góp phần nâng cao chất lượng công cụ, thiết bị, đồ dùng dạy học trong nhà trường phù hợp với xu thế hiện đại.
	Tại trường THPT Chuyên Bắc Ninh cũng như các trường khác trong tỉnh, giáo viên mới chỉ sự máy tính để soạn thảo giáo án bằng văn bản. Số giáo viên biết sử dụng PowerPoint còn chưa nhiều, nhưng chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở mức biết trình chiếu kênh chữ hoặc các hình ảnh tĩnh mà chưa biết khai thác các hình ảnh 3D cũng như các thí nghiệm ảo, mô phỏng phục vụ cho bài học.
	Qua thực tiễn dự giờ,thăm lớp quan sát thấy giáo viên chủ yếu các tranh ảnh đồ dùng dạy học được cung cấp, thậm chí chỉ cùng học sinh quan sát nghiên cứu các hình ảnh trong SGK. Điều này giúp học sinh thuộc bài nhưng chưa hiểu sâu sắc về sự vật hiện tượng, kĩ năng vận dụng vào thực tế chưa cao.
	Để thay đổi hiện trạng trên, đề tài này chúng tôi có sử dụng một số file có định dạng Flash thay cho các phiên tranh ảnh và khai thác nó như một nguồn dẫn đến kiến thức.
	Giải pháp thay thế: Sử dụng một số file có định dạng Flash miêu tả sự chuyển động của các hạt trong điện trường, sự chuyển động của electron trong nguyên tử, hình dạng của các obitan, thứ tự các mức năng lượng và sự hình thành ion. Giáo viên chiếu các thí nghiệm ảo và mô phỏng cho học sinh quan sát, nêu hệ thống câu hỏi dẫn dắt giúp học sinh phát hiện kiến thức.
	Về vấn đề đổi mới PPDH trong đó có ứng dụng CNTT trong dạy học, đã có nhiều bài viết được trình bày trong các hội thảo liên quan. Ví dụ:
	- Bài Công nghệ mới với việc dạy và học trong các trường Cao đẳng, Đại học của GS.TSKH Lâm Quang Thiệp.
- Bài Những yêu cầu về kiến thức, kĩ năng CNTT đối với người giáo viên của tác giả Đào Thái Lai, Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam.
- Sáng kiến kinh nghiệm: Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học của cô giáo Trần Hồng Vân, trường tiểu học Cát Linh Hà Nội. 
- Các đề tài : 
 + Ứng dụng CNTT trong dạy học môn Toán của Lê Minh Cương – MS 720.
 + Sử dụng CNTT trong dạy học ở tiểu học của Vũ Văn Đức – MS 756.
Các đề tài này đều đề cập đến những định hướng, tác dụng, kết quả của việc đưa CNTT vào dạy và học.
	Trong đề tài này nhóm nghiên cứu chúng tôi muốn có một nghiên cứu cụ thể và đánh giá được hiệu quả của việc đổi mới PPDH thông qua việc sử dụng các thí nghiệm ảo, mô phỏng hỗ trợ cho giáo viên khi dạy loại kiến thức trừu tượng như cấu tạo nguyên tử. Qua nguồn cung cấp thông tin sinh động đó, học sinh tự khám phá ra kiến thức khoa học. Từ đó, truyền cho các em lòng tin vào khoa học, say mê tìm hiểu khoa học cùng các ứng dụng của nó trong đời sống.
Vấn đề nghiên cứu: Sử dụng TN ảo, mô phỏng có làm tăng kết quả học tập chương Cấu tạo nguyên tử của h/s không?
Giả thiết nghiên cứu: Có, sử dụng TN mô phỏng sẽ giúp h/s nắm tốt và vững kiến thức từ đó nâng cao kết quả học tập chương Cấu tạo nguyên tử của học sinh.
PHƯƠNG PHÁP
a. Khách thể nghiên cứu.
	Chúng tôi chọn trường THTP Chuyên Bắc Ninh vì có đồng chí Ngô Văn Bình là giáo viên giảng dạy trực tiếp ở trường, điền này thuận lợi cho việc nghiên cứu, ứng dụng.
	* Giáo viên: Thầy Ngô Văn Bình là người giảng dạy trực tiếp ở 2 lớp 10Sử và 10Địa.
	* Học sinh: 
	- Hai lớp được chọn tham gia nghiên cứu có nhiều tương đồng về tỉ lệ giới tính, dân tộc. Cụ thể như sau:
Bảng 1: Giới tính và thành phần dân tộc
Số HS các nhóm
Dân tộc
Tổng số
Nam
Nữ
10Sử
20
7
13
Kinh
10Địa
22
8
14
Kinh
	- Về ý thực học tập, tất cả các em trong 2 lớp này đều tích cực chủ động.
	- Về thành tích học tập năm trước, hai lớp tương đương nhau về điểm số các môn học năm lớp 9, đặc biệt trong đó điểm tổng kết môn Hoá học của các em là tương đương nhau. 
b. Thiết kế nghiên cứu.
	Chọn 2 lớp nguyên vẹn: lớp nghiên cứu 10Sử, lớp đối chứng 10Địa. Chúng tôi thiết kế một bài kiểm tra kiến thức, kĩ năng cơ bản môn Hoá học làm bài kiểm tra trước tác động. Kết quả cho thấy điểm trung bình giữa 2 nhóm gần tương đương, do đó chúng tôi dùng phép kiểm chứng T-test độc lập để kiểm chứng sự chênh lệch điểm trung bình giữa 2 nhóm trước tác động
Kết quả:
Bảng 2: Kiểm chứng để xác định nhóm tương đương
Đối chứng
Thực nghiệm
Điểm trung bình
5,53
5,60
T-test độc lập p =
0,46
p = 0,46 > 0,05, từ đó kết luận sự chênh lệch điểm số trung bình của 2 nhóm thực nghiệm và đối chứng là không có ý nghĩa, 2 nhóm được coi là tương đương.
	Sử dụng thiết kết 2: Kiểm tra trước và sau tác động đối với các nhóm tương đương (được mô tả trong bảng 3):
Bảng 3: Thiết kế nghiên cứu
Nhóm
KT trước tác động
Tác động
KT sau tác động
Thực nghiệm
O1
Dạy học có sử dụng các TN ảo, mô phỏng
O3
Đối chứng
O2
Dạy học chỉ sử dụng SGK
O4
	Ở thiết kế này, chúng tôi sử dụng phép kiểm chứng T-test độc lập, phụ thuộc và hệ số tương quan.
c. Quy trình nghiên cứu.
	* Chuẩn bị bài của giáo viên
	- Lớp đối chứng 10Địa: Thiết kế bài học không sử dụng các thí nghiệm ảo,mô phỏng mà chỉ dạy theo SGK, quy trình chuẩn bị bài như bình thường.
	- Lớp thực nghiệm: Thiết kế các bài học có sử dụng các thí nghiệm ảo, mô phỏng; sưu tầm, lựa chọn thông tin tại các website thuviẻntuctuyen.com, giaovien.net,   
	* Tiến hành dạy thực nghiệm: 
	Thời gian tiến hành thực nghiệm vẫn tuân theo kế hoạch dạy học của nhà trường và theo TKB để đảm bảo tính khách quan. Cụ thể:
Bảng 4: Thời gian thực nghiệm
Tuần
Môn
Tiết theo PPCT
Tên bài dạy
2
Hoá học
3
Thành phần nguyên tử
3
Hoá học
4,5
Hạt nhân nguyên tử, nguyên tố hoá học. Đồng vị
4
Hoá học
7,8
Cấu tạo vỏ nguyên tử
d. Đo lường.
	Bài kiểm tra trước tác động nhằm khảo sát kiến thức chung về môn Hoá học, do thầy Ngô Văn Bình thiết kế và nhờ các giáo viên trong tổ Hoá học phản biện. Đề kiểm tra gồm 10 câu hỏi trắc nghiệm dạng có nhiều lựa chọn, mỗi câu chọn đúng được 1 điểm
	Bài kiểm tra sau tác động là bài kiểm tra 45’ cuối chương Cấu tạo nguyên tử (tiết 12) do giáo viên Ngô Văn Bình thiết kế và nhờ các giáo viên trong tổ Hoá học của trường phản biện. Bài kiểm tra sau tác động gồm có 2 phần: phần trắc nghiệm gồm 10 câu hỏi dạng có nhiều lựa chọn(5 điểm), phần tự luận gồm 1 câu hỏi vận dụng kiến thức (5 điểm).
	* Tiến hành kiểm tra và chấm bài.
	Sau khi hết chương (11 tiết) chúng tôi tiến hành kiểm tra 45’ (Nội dung bài kiểm tra trình bài ở phần phụ lục). Các đề được chia thành 4 mã đề tương đương bằng phần mềm MCmix.
	Sau đó nhóm nghiên cứu cùng các thầy cô trong tổ Hoá học tiến hành chấm theo đáp án và thang điểm đã xây dựng.
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ KẾT QUẢ
Bảng 5: So sánh điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động và các hệ số tương quan.
Thực nghiệm
Đối chứng
ĐTB
7.4
6.1
Độ lệch chuẩn
1.24
1.25
Hệ số tương quan
0.73
0.18
T-test phụ thuộc p =
2e-5
0.14
T-test độc lập p =
0.005
Mức độ ảnh hưởng của tác động (SMD)
1.02
	Như trên đã chứng minh rằng 2 nhóm là tương đương. Sau tác động kiểm chứng sự chênh lệch điểm trung bình bằng T-test độc lập cho kết quả p = 0,005, cho thấy sự chênh lệch ĐTB nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng rất có ý nghĩa, tức là sự chênh lệch giữa 2 nhóm này không phải là do ngẫu nhiên mà do tác động mang lại. Hệ số tương quan của nhóm thực nghiệm là 0,73 (tương quan rất lớn), cho thấy tác động có ảnh hưởng chung đến toàn lớp, kết quả của hầu hết học sinh đều tăng. Còn ở lớp đối chứng hệ số tương quan nhỏ chứng tỏ mức độ tiếp thu học là khác nhau dẫn đến kết của học sinh tăng giảm khác nhau. Việc kiểm chứng T-test phụ thuộc càng cho ta thấy điều này p phụ thuộc của nhóm thực nghiệm = 2e-5 là rất nhỏ chứng tỏ tác động là có ý nghĩa, còn của nhóm đối chứng p phụ thuộc = 0,14 chứng tỏ kết quả khác nhau giữa 2 lần kiểm tra là do ngẫu nhiên.
	Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn SMD = 1,02. Điều này cho thấy mức độ ảnh hưởng của hạy học có sử dụng thí nghiệm ảo, mô phỏng đến kết quả học chương Cấu tạo nguyên tử của học sinh là rất lớn.
	Giả thiết của đề tài “Sử dụng thí nghiệm ảo, mô phỏng trong dạy học chương Cấu tạo nguyên tử nhằm nâng cao kết quả học tập môn Hoá ở lớp 10 ban KHXH” đã được kiểm chứng.
BÀN LUẬN
	Kết quả bài kiểm tra sau tác động của nhóm thực nghiệm là 7.4, của nhóm đối chứng là 6.1. Độ chênh lệch điểm số giữa 2 nhóm là 1.3. Sự khác biệt này cho thấy lớp được tác động có ĐTB cao hơn.
	Chênh lệch trung bình chuẩn của 2 bài kiểm tra là SMD = 1.02. Điều này có nghĩa là mức độ ảnh hưởng của tác động là rất lớn.
	Phép kiểm chứng T-test độc lập cho p = 0.005 < 0.05. Kết quả này khẳng định sự chênh lệch điểm trung bình của 2 nhóm không phải là do ngẫu nhiên mà do tác động.
	* Hạn chế: Để giải pháp thực sự hiệu quả đòi hỏi giáo viên cần phải có trình độ về CNTT, kĩ năng thiết kế giáo án điện tử, biết khai thác và sử dụng các nguồn thông tin trên mạng Internet, biết thiết kế kế hoạch bài dạy hợp lí.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
* Kết luận: 
	Việc sử dụng thí nghiệm ảo, mô phỏng trong dạy học đã nâng cao kết quả học tập chương Cấu tạo nguyên tử của học sinh lớp 10 ban KHXH.
* Khuyến nghị:
	Đối với các cấp lãnh đạo: cần quan tâm cơ sở vật chất như trang thiết bị..... Mở các lớp bồi dưỡng CNTT cho giáo viên.
	Đối với giáo viên: không ngừng tự học tự nghiên cứu, tự bồi dưỡng nhằm nâng cao kiến thức, kĩ năng và trình độ về CNTT để ứng dụng tốt hơn trong DH hiện đại.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Tan, C. (2008) Tài liệu tập huấn Nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học dành cho giảng viên sư phạm 14 tỉnh miền núi phía bắc Việt Nam. Dự án Việt Bỉ - Bộ GD&ĐT.
- Bùi Phương Nga & Lương Việt Thái (2005) Khoa học 4, Tr. 62 – 80. NXB GD
- Phần mềm Giáo dục môi trường cấp tiểu học. Viện ITIMS trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2003 – 2004.
- Tài liệu hội thảo tập huấn: 
+ Đổi mới nội dung và phương pháp dạy học ngành sư phạm Kỹ thuật nông nghiệp, tháng 7/2006.
+ Đổi mới nội dung và phương pháp dạy Công tác Đội, tháng 4/2007.
+ Đổi mới nội dung và phương pháp dạy ngành sinh học. Chủ đề ứng dụng CNTT 5/2007.
- Mạng Internet: thuvientructuyen.com, giaovien.net,   
 ; thuvientailieu.bachkim.com ; thuvienbaigiangdientu.bachkim.com; giaovien.net ....
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Các đề kiểm tra và đáp án
Bài kiểm tra trước tác động và đáp án, thang điểm
Bài kiểm tra sau tác động và đáp án, thang điểm
Phụ lục 2: Các giáo án mẫu
Giáo án các bài học chương Cấu tạo nguyên tử
Phụ lục 3: Kết quả các bài kiểm tra và sử lí kết quả
LỚP THỰC NGHIỆM
Stt
Họ và tên
KT trước tác động
KT sau tđ TN
1
A
7
8
2
B
4
5
3
C
7
8
4
D
3
5
5
E
8
8
6
F
8
8
7
G
6
8
8
H
5
7
9
I
6
8
10
J
5
9
11
K
8
9
12
L
3
7
13
M
3
6
14
N
5
8
15
O
5
7
LỚP ĐỐI CHỨNG
Stt
Họ và tên
KT trước tác động
KT sau tđ TN
1
P
7
7
2
R
4
5
3
S
7
5
4
T
3
7
5
X
7
5
6
Y
8
6
7
Z
6
8
8
U
5
7
9
V
6
5
10
AA
5
8
11
BB
8
8
12
CC
4
5
13
DD
4
5
14
EE
5
6
15
FF
5
5