Sáng kiến kinh nghiệm Ứng dụng khoa học công nghệ thiết kế một số thí nghiệm sử dụng trong dạy học Hóa học Trung học phổ thông, bộ sách Chân trời sáng tạo

 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
 ĐỀ TÀI 
 ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ 
THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG 
 HỌC PHỔ THÔNG 
 MÔN: HÓA HỌC 
 2 
 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ 
MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC 
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ................................................................... 12 
 2.1. Ứng dụng khoa học công nghệ vào việc thiết kế một số dụng cụ 
thí nghiệm ................................................................................................. 12 
 2.1.1. Ứng dụng cảm biến nồng độ cồn MQ-3 thiết kế dụng cụ thí 
nghiệm phát hiện nồng độ cồn .. 12 
 2.1.2. Ứng dụng cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 thiết kế dụng cụ 
thí nghiệm phát hiện lửa .................................... 13 
 2.1.3. Ứng dụng cảm biến khí ga MQ-2 thiết kế dụng cụ thí nghiệm 
phát hiện khí ga ......................................................................................... 14 
 2.1.4. Ứng dụng cảm biến pH thiết kế dụng cụ thí nghiệm đo nồng độ 
PH trong dung dịch 14 
 2.2. Quy trình thiết kế các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm bằng arduino 
 15 
 2.2.1. Quy trình thiết kế thiết bị cảnh báo cháy ... 15 
 2.2.2. Quy trình thiết kế dụng cụ đo nồng độ cồn  15 
 2.3. Sử dụng các thiết bị và dụng cụ làm bằng arduino để tiến hành mốt 
số thí nghiệm áp dụng vào dạy học hóa học ở trường phổ thông 
..................................................................................... 21 
 2.3.1. Sử dụng ‘thiết bị cảnh báo cháy’ để tiến hành thí nghiệm phát 
hiện lửa áp dụng vào dạy học tiết 3 bài ‘Điểm chớp cháy, nhiệt độ tự bốc 
cháy và nhiệt độ cháy’ sách chuyên đề hóa học 10 – Chân trời sáng tạo – 
Trung học phổ thông ................................................. 21 
 2.3.2. Sử dụng ‘Dụng cụ đo nồng độ cồn’ để tiến hành thí nghiệm phát 
hiện cồn áp dụng vào dạy học tiết 3 chủ đề ‘Ancol’ Chương trình hóa học 
11 Trung học phổ thông ............................................ 31 
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ..... 41 
 3.1. Mục đích thực nghiệm .. 41 
 3.2. Đối tượng thực nghiệm .......................................... 41 
 3.3. Nội dung thực nghiệm .. 41 
 3.4. Tiến hành thực nghiệm . 41 
 4 
 DANH MỤC VIẾT TẮT 
 HS Học sinh 
 GV Giáo viên 
THPT Trung học phổ thông 
TNSP Thực nghiệm sư phạm 
 SL Số lượng 
 DH Dạy học 
 TN Thực nghiệm 
KHCN Khoa học công nghệ 
PCTN Phẩm chất trách nhiệm 
NLCN Năng lực công nghệ 
 TN Thí nghiệm 
 ĐC Đối chứng 
 HD Hướng dẫn 
ĐTN Đầu thực nghiệm 
GTN Giữa thực nghiệm 
CTN Cuối thực nghiệm 
 TC1 Tiêu chí 1 
 TC2 Tiêu chí 2 
 TC3 Tiêu chí 3 
 TC4 Tiêu chí 4 
 TC5 Tiêu chí 5 
 Xbt Giá trị mức trung bình 
 6 
 2. Mục đích nghiên cứu 
 Trang bị cho giáo viên và học sinh kiến thức nền tảng về khoa học công nghệ. 
Đổi mới phương pháp dạy học để tiếp cận với xu thế thời đại công nghệ 4.0 và 
chương trình phổ thông mới 2018. Nhằm phát triển phẩm chất và năng lực cho học 
sinh. 
3. Đối tượng nghiên cứu 
 Đối tượng nghiên cứu là các kiến thức về khoa học công nghệ, ngôn ngữ lập 
trình, phần mềm arduino, mạch arduino uno r3, mega, các loại cảm biến và các thiết 
bị thiết kế thí nghiệm. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
 Sử dụng phối hợp các nhóm phương pháp sau: 
4.1. Nhóm các phương pháp nghiên cứu lí thuyết 
 - Phương pháp thu thập các nguồn tài liệu lí luận. 
 - Phương pháp phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu đã thu thập. 
4.2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn 
 - Phương pháp thu thập, xử lý tài liệu, thông tin qua google form. 
 - Trao đổi với GV có nhiều kinh nghiệm trong quá trình dạy học. 
 - Thực nghiệm sư phạm: Đánh giá hiệu quả của đề tài. 
 - Dùng phương pháp khảo sát thực tế trước và sau khi tác động để đánh giá sự 
hứng thú, sự phát triển phẩm chất trách nhiệm và năng lực công nghệ của cùng một 
đối tượng học sinh. 
 - Dùng phương pháp so sánh lớp thực nghiệm và đối chứng để đánh giá hiệu 
quả sự phát triển phẩm chất trách nhiệm và năng lực công nghệ của học sinh. 
4.3. Phương pháp thống kê toán học: 
 Xử lí phân tích các kết quả TNSP. Dùng toán học để thống kê và ứng dụng 
excel để phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm. 
5. Kế hoạch nghiên cứu 
 TT Thời gian Nội dung công việc Sản phẩm 
 Từ 03/9 đến Chọn đề tài, viết đề cương 
 1 Bản đề cương chi tiết 
 07/9/2022 nghiên cứu 
 - Đọc tài liệu lý thuyết về cơ sở 
 lý luận 
 Tập hợp tài liệu lý thuyết 
 - Tự học ngôn ngữ lập trình cơ 
 Kết quả về thực trạng 
 Từ 8/9 đến bản: arduino và python 
 2 
 31/12/2022 - Khảo sát thực trạng 
 - Trao đổi với đồng nghiệp đề Tập hợp ý kiến đóng góp 
 xuất các sáng kiến của đồng nghiệp 
 - Áp dụng thử nghiệm Hoạt động cụ thể 
 2 
 PHẦN II. NỘI DUNG 
CHƯƠNG 1: CÁC CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 
1.1. Cơ sở lý luận 
1.1.1. Khoa học công nghệ 
1.1.1.1. Khái niệm 
 Khoa học công nghệ (KHCN) là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các 
công nghệ mới, sáng tạo, áp dụng các kiến thức khoa học và kỹ thuật để giải quyết 
các vấn đề thực tiễn, tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải tiến các sản phẩm và dịch 
vụ hiện có. KHCN đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng kinh 
tế và đem lại những giải pháp tiên tiến và hiệu quả trong việc phát triển kinh tế, xã 
hội và bảo vệ môi trường. Các lĩnh vực chính của KHCN bao gồm khoa học máy 
tính, điện tử, cơ khí, điện, hóa học, sinh học, vật lý, vật liệu, thông tin và truyền 
thông, và nhiều lĩnh vực khác nữa. 
1.1.1.2. Các loại cảm biến được sử dụng để thiết kế thí nghiệm hóa học 
1.1.1.2.1. Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 
 Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 sử dụng để phát hiện nồng độ cồn trong môi 
trường, hơi thở. Cảm biến có độ nhạy cao khả năng phản hồi nhanh, độ nhạy có thể 
điều chỉnh được bằng biến trở. Cảm biến cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên 
nồng độ cồn. Cảm biến MQ-3 có thể phát hiện khí gas, alcohol, ethanol. 
1.1.1.2.2. Cảm biến khí ga MQ-2 
 Cảm biến khí MQ-2 là một loại cảm biến dùng để phát hiện và đo lường nồng 
độ khí trong không khí. Nó có thể phát hiện được các khí như khí CO (carbon 
monoxide), khí LPG (Liquid Petroleum Gas), khí metan (CH4),... 
1.1.1.2.3. Cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 
 + Cảm biến phát hiện lửa- Flame sensor KY-026 dùng để phát hiện lửa, 
thường dùng trong. 
các hệ thống báo cháy. Tầm hoạt động trong khoảng 80cm với góc quét 60°. 
 + Cảm biến phát hiện lửa- Flame sensor KY-026 nhận biết được lửa tốt nhất 
với bước sóng 760nm -1100nm. Mạch còn được tích hợp IC LM393 để so sánh tạo 
mức tín hiệu và có thể chỉnh được độ nhạy bằng biến trở. 
1.1.1.2.4. Cảm Biến Độ PH Cho Arduino BNC 
 Cảm biến độ pH BNC cho Arduino là một module đo độ pH của dung dịch 
bằng cách sử dụng cảm biến độ pH, có thể được sử dụng để giám sát độ pH của các 
dung dịch trong các ứng dụng như điều chỉnh độ pH trong ao nuôi, chẩn đoán bệnh 
của cây trồng hoặc kiểm soát độ pH trong quá trình sản xuất thực phẩm. 
1.1.1.3. Arduino 
1.1.1.3.1. Khái niệm 
 Arduino là một nền tảng phát triển phần cứng mã nguồn mở được thiết kế dựa 
trên vi điều khiển (microcontroller) có khả năng lập trình, được phát triển bởi một 
nhóm các nhà khoa học, kỹ sư và nghệ sĩ từ nước Ý. Arduino cung cấp một môi 
trường phát triển tích hợp (IDE) và một loạt các board được thiết kế với các phần 
cứng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của người dùng. Arduino có khả 
 4 
 1.1.2.2.2. Ngôn ngữ lập trình java 
 Java là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi Sun 
Microsystems (hiện là Oracle) vào năm 1995. Java có thể chạy trên mọi nền tảng 
(Windows, Mac, Linux, Unix, vv.) vì nó được biên dịch thành bytecode có thể được 
thực thi trên bất kỳ máy tính nào có cài đặt Java Runtime Environment (JRE). Java 
được sử dụng phổ biến để phát triển các ứng dụng máy tính, ứng dụng web, ứng 
dụng di động và các hệ thống nhúng. Java có các tính năng như độ tin cậy cao, tính 
di động, tính đa luồng và tính bảo mật. Các ứng dụng Java thường được phát triển 
bằng IDE (Integrated Development Environment) như Eclipse, IntelliJ IDEA và 
NetBeans. 
1.1.2.3.3. Ngôn ngữ lập trình python 
 Python là một ngôn ngữ lập trình thông dịch, dễ học và sử dụng, được tạo ra 
bởi Guido van Rossum vào năm 1991. Python là ngôn ngữ lập trình đa năng, được 
sử dụng trong nhiều lĩnh vực như khoa học dữ liệu, trí tuệ nhân tạo, web 
development, automation, game development, machine learning, robotics và nhiều 
lĩnh vực khác. Python có cú pháp đơn giản, dễ hiểu và rõ ràng, giúp cho các nhà phát 
triển có thể viết code nhanh chóng và dễ dàng hiểu. Python cũng có nhiều thư viện 
và framework hỗ trợ giúp cho việc phát triển các ứng dụng nhanh hơn và dễ dàng 
hơn. Các IDE (Integrated Development Environment) phổ biến được sử dụng cho 
Python bao gồm PyCharm, Visual Studio Code và Spyder. 
1.1.3. Phẩm chất trách nhiệm 
1.1.3.1. Khái niệm 
 Phẩm chất trách nhiệm là một khía cạnh quan trọng của hành vi đạo đức của 
con người, bao gồm khả năng nhận thức và đánh giá đúng sai, chấp nhận và đảm 
nhận trách nhiệm về hành động của mình đối với bản thân, gia đình, xã hội và môi 
trường. 
 Phẩm chất trách nhiệm còn bao gồm khả năng tự giác, chủ động, tôn trọng và 
tuân thủ các quy định, hợp tác và tôn trọng đồng nghiệp, khả năng giải quyết vấn đề 
một cách có trách nhiệm và hiệu quả, chấp hành các nghĩa vụ của mình đối với gia 
đình, trường học và xã hội. 
 Để phát triển phẩm chất trách nhiệm, học sinh cần được giáo dục và rèn luyện 
thông qua các hoạt động học tập, sinh hoạt, tham gia các hoạt động tình nguyện và 
thực hành trong cuộc sống hàng ngày. Việc phát triển phẩm chất trách nhiệm giúp 
học sinh trở thành những công dân có ý thức, có trách nhiệm và có đạo đức, góp 
phần xây dựng một xã hội văn minh, phát triển và bền vững. 
 6 
 + An ninh mạng và bảo mật thông tin: Hiểu và tuân thủ các nguyên tắc an toàn 
và bảo mật thông tin, bảo vệ dữ liệu cá nhân và ngăn chặn các mối đe dọa kỹ thuật 
số. 
 + Tự học và thích nghi với công nghệ mới: Khả năng tiếp tục học hỏi và thích 
nghi với sự phát triển của công nghệ, để luôn cập nhật kiến thức và kỹ năng công 
nghệ mới nhất. 
1.1.4.2. Tiêu chí đánh giá 
 Bảng tiêu chí đánh giá năng lực công nghệ 
 Thứ tự Các tiêu chí Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3 
 Hiểu biết về các Nắm vững các Thành thạo các 
 Hiểu biết cơ 
 1 thành phần thành phần thành phần 
 bản 
 công nghệ công nghệ công nghệ 
 Kỹ năng kết nối 
 Có kỹ năng cơ Có kỹ năng Có kỹ năng 
 2 và lắp ráp các 
 bản thành thạo chuyên nghiệp 
 thành phần 
 Kỹ năng lập 
 Kỷ năng ở mức Kỹ năng thành Kỹ năng chuyên 
 3 trình và điều 
 độ đơn giản thạo sâu 
 khiển thiết bị 
 Kỹ năng xử lý 
 Giải quyết vấn Giải quyết vấn Giải quyết vấn 
 4 sự cố, giải 
 đề đơn giản đề phức tạp đề rất phức tạp 
 quyết vấn đề 
 Kỹ năng thực Thí nghiệm an 
 Thí nghiệm an Thí nghiệm an 
 hiện thí nghiệm toàn, nhưng kết 
 5 toàn và hiệu toàn và rất hiệu 
 an toàn, hiệu quả chưa hiệu 
 quả quả 
 quả quả 
1.2. Cơ sở thực tiễn 
1.2.1. Khảo sát thực trạng của GV thiết kế và sử dụng thí nghiệm làm bằng 
arduino trong dạy học 
 Để biết được thực trạng của đề tài, chúng tôi đã dùng google forms khảo sát 
41 giáo viên dạy bộ môn: Vật lý, Hóa học của 5 trường: Trường THPT Con Cuông, 
Trường THPT Mường Quạ, Trường THPT Anh Sơn 3, Trường THPT Anh Sơn 1, 
Trường THPT Tương Dương II . Chúng tôi đã tiến hành tổng hợp và đưa ra bảng số 
liệu sau: 
Câu 1: Thầy (Cô) đã bao giờ áp dụng khoa học công nghệ để thiết kế các thí nghiệm 
chưa? 
 Thường xuyên 2/41 
 Thỉnh thoảng 2/41 
 8 
 Qua khảo sát thực trạng của GV giảng dạy bộ môn: Vật Lý, Hóa Học của 5 
trường trên. Chung tôi có nhận xét sau: 
 + Hầu như các GV chưa áp dụng khoa học công nghệ để thiết kế các thí 
nghiệm. 
 + Chủ yếu các GV chưa tham gia đào tạo về việc áp dụng khoa học công nghệ 
trong thiết kế thí nghiệm. 
 + Các thầy (cô) gặp khó khăn là thiếu kinh nghiệm, thiếu nguồn lực trong việc 
áp dụng khoa học công nghệ vào thiết kế thí nghiệm. 
 + Các GV hầu như chưa bao giờ sử dụng phần mềm arduino để phục vụ cho 
công tác giảng dạy. 
 + Hầu như các thầy (cô) có quan niệm khi áp dụng khoa học công nghệ vào 
dạy học sẽ phát triển được năng lực công nghệ cho học sinh. 
 + Khoảng hơn 50% các thầy (cô) có quan niệm khi ứng dụng arduino vào việc 
thiết kế thí nghiệm sẽ phát triển được phẩm chất trách nhiệm cho học sinh. 
 + Hầu như các thầy (cô) đều rất cần thiết ứng dụng phần mềm arduino để thiết 
kế thí nghiệm. 
1.2.2. Khảo sát thực trạng của HS về việc sử dụng TN trong dạy học 
 Để biết được thực trạng của đề tài, chúng tôi đã dùng google forms khảo sát 
thực trạng 83 học sinh lớp 10A1 và 11A1 trường THPT Con Cuông. Chúng tôi đã 
tiến hành tổng hợp và đưa ra bảng số liệu sau: 
Câu 8: Các em có cảm nhận như thế nào về bộ môn Hóa học? 
 Rất thích 11/83 
 Thích 14/83 
 Không thích 58/83 
Câu 9: Các em có biết sử dụng phần mềm arduino để thiết kế dụng cụ thí nghiệm 
chưa? 
 Biết 10/83 
 Không biết 79/83 
Câu 10: Theo các em thì dụng cụ đo nồng độ cồn của mấy chú công an dùng để 
làm gì? 
 Để kiểm tra nồng độ cồn trong hơi thở của người lái xe và 
 15/83 
 đảm bảo an toàn giao thông. 
 10