Những sản phẩm giáo dục STEM ấn tượng

Nhóm nghiên cứu với các sản phẩm trang trí có tính thẩm mỹ cao từ giấy.

Áp dụng giáo dục STEM

Xuất phát từ thực tế ô nhiễm môi trường đang đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe và cuộc sống của con người, nhóm học sinh Trường THPT Chuyên Bến Tre áp dụng kiến thức đã học, nghiên cứu, tận dụng nguồn cellulose có trong phế phẩm nông nghiệp – bã mía để sản xuất giấy và tạo ra giấy từ giấy ăn tái chế. Đây là một trong những biện pháp góp phần giảm lượng bã mía bị bỏ phí, rác từ giấy ăn có thể gây ô nhiễm môi trường.

Theo nhóm nghiên cứu, bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía. Đây cũng là sản phẩm phụ của các nhà máy đường, thường bị vứt đi. Thành phần chính của bã mía gồm: sợi xơ (cellulose), nước và một lượng nhỏ chất hòa tan (chủ yếu là đường). Thành phần trung bình của bã mía, gồm: độ ẩm (50%), xơ (48%) và chất hòa tan (2%), trong đó thành phần của xơ chủ yếu là cellulose (45 – 55%). Việc tận dụng bã mía thay thế gỗ góp phần giảm lượng gỗ khai thác để sản xuất giấy. Từ đó, phục vụ mục đích bảo vệ môi trường, giảm nạn phá rừng và giảm lượng bã mía bị bỏ phí.

Quy trình tạo ra sản phẩm, nhóm bắt đầu rửa bã mía nhiều lần với nước để loại bỏ đường, sau đó đem đi sấy khô (phơi khô). Cân bã mía khô và thêm một lượng NaOH (khan) tương ứng 30% khối lượng nguyên liệu khô, thêm nước vừa ngập nguyên liệu. Đun trong 1,5 giờ ở nhiệt độ sôi. Tiếp theo, rửa nhiều lần với nước để loại bỏ NaOH dư. Tẩy trắng nguyên liệu với dung dịch NaOH và rửa lại nhiều lần với nước cho sạch, bã mía còn lại cellulose sẽ có màu vàng nâu, cho vào ngâm bên trong dung dịch NaClO 6% (nước tẩy) trong khoảng 1 giờ. Lọc và rửa nhiều lần với nước đến pH trung tính. Cho bã mía được tẩy trắng vào tủ sấy để sấy khô ở nhiệt độ khoảng 1000C. Sau đó, tiến hành xay bằng máy xay (thêm vào một lượng nước vừa đủ để dễ dàng xay nhuyễn hơn) thu được hỗn hợp bột giấy.

Lê Anh Khoa – học sinh lớp 12 Hóa, Trường THPT Chuyên Bến Tre, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: “Nhiệt độ thích hợp để sấy giấy từ 70 – 800C trong 45 phút. Tuy nhiên, giấy tạo ra chưa có độ mịn, còn nhiều xơ. Qua nhiều lần thử nghiệm với hàm lượng tinh bột biến tính khác nhau, nhóm nhận thấy, sử dụng phương pháp nhúng cả khuôn giấy vào hỗn hợp bột giấy có thêm 0,25% tinh bột biến tính là phương pháp tối ưu tạo ra giấy”.

Ngoài tạo ra giấy, nhóm thực hiện đã nhận thấy được cách làm tranh và các vật dụng trang trí rất đẹp từ vật dụng tưởng như vô lợi – giấy ăn đã qua sử dụng. Tận dụng nguồn giấy ăn đã qua sử dụng ở các quán ăn, nhóm tiến hành loại bỏ tạp chất (xương cá, vỏ tôm…). Sau đó, đun giấy ăn với nước trong 30 phút ở lửa lớn và cho dung dịch NaClO 6% (nước tẩy) vào ngập lượng giấy ăn để diệt khuẩn và tẩy trắng trong 1 giờ. Khi đã có độ trắng như mong muốn, rửa hỗn hợp giấy ăn nhiều lần với nước để loại bỏ NaClO rồi vắt sạch nước và cho hỗn hợp vào máy xay. Cho vào hỗn hợp giấy sau khi xay một lượng keo sữa vừa đủ, thêm màu nước để tạo màu cho tranh. Bước đầu các bạn vẽ trước bức tranh bằng bút chì trên khung tranh. Sau đó, dùng nhíp tỉ mỉ cố định hỗn hợp giấy đã có màu lên tranh, thu được một tác phẩm hoàn chỉnh.

Để tạo ra sản phẩm thành công, nhóm đã vận dụng thành công kiến thức liên môn trong chương trình THPT như: Hóa học, Vật lý, Sinh học, Toán. Trong đó, quan trọng nhất là bài Cellulose, Polymer và vật liệu Polymer trong môn Hóa học lớp 12. Theo đánh giá tại Ngày hội trải nghiệm sáng tạo STEM, đề tài có tính ứng dụng cao, nếu được hỗ trợ chuyên môn từ nhà khoa học, các chuyên gia tin chắc đề tài sẽ phát triển hơn và tạo ra những sản phẩm có ích trong cuộc sống.

Bước đệm nghiên cứu khoa học

Giáo dục STEM là phương pháp mới xuất hiện nhiều năm gần đây và được nhiều trường trên địa bàn tỉnh đưa vào giảng dạy, trong đó có Trường THPT Chuyên Bến Tre. Qua một đợt tổ chức Ngày hội STEM vào năm học 2021-2022, nhà trường nhận thấy phương pháp này mang lại rất nhiều ưu điểm và triển khai thực hiện tại đơn vị. Giáo viên môn Hóa học, Trường THPT Chuyên Bến Tre – hướng dẫn nghiên cứu sản phẩm STEM Phạm Xuân Phú cho biết: “STEM giúp học sinh chủ động trong kiến thức, cũng như kích thích sự sáng tạo, phát huy khả năng liên kết, vận dụng được kiến thức đã học, giúp các em thấy gần gũi, gắn bó hơn trong thực tiễn”.

Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp nhúng khuôn giấy vào hỗn hợp bột giấy để tạo độ mịn cho sản phẩm.

Năm học 2022-2023, Trường THPT Chuyên Bến Tre đã phổ biến rộng rãi phương pháp giảng dạy giáo dục STEM vào trong các môn học tự nhiên là chính. Sau ngày hội STEM diễn ra, trường đã có sẵn Câu lạc bộ STEM của các giáo viên. Từ đó, các giáo viên thảo luận, tham mưu ban giám hiệu kế hoạch chung cho trường và từng giáo viên lên kế hoạch riêng để thực hiện giáo dục STEM như thế nào hiệu quả. Theo thầy Phạm Xuân Phú, hình thức giáo dục STEM rất đơn giản, cần sự nhạy bén nhất định của giáo viên và học sinh. Trong đó, người thầy phải chủ động, không ngừng cập nhật nhiều kiến thức mới, nghiên cứu các bài báo trong nước, bài báo khoa học và bài báo quốc tế để có những ý tưởng mới cho bộ môn của mình để tránh sự nhàm chán.

Đối với học sinh, ngoài kiến thức chuyên môn, cần trang bị kỹ năng công nghệ thông tin, khả năng thuyết trình, làm việc nhóm… Thời gian nghiên cứu sản phẩm giáo dục STEM tương đối ngắn 2 – 4 tuần. Nếu thực hiện tốt giáo dục STEM sẽ cải thiện được kết quả nghiên cứu khoa học. Bởi, STEM là nền tảng, bước đệm cho nghiên cứu khoa học. Lê Phạm Thảo Ngân – học sinh lớp 12 Hóa, Trường THPT Chuyên Bến Tre cho biết: “Trong quá trình nghiên cứu, chúng em phát hiện nhiều nội dung chưa được học trong lý thuyết. Cụ thể, phát hiện ra tinh bột biến tính là một chất kết dính giúp giấy có chất lượng cao hơn… Các bạn trong nhóm đều thích thú phương pháp học tập bằng nghiên cứu các sản phẩm STEM”.

Chia sẻ quá trình làm việc nhóm, Nguyễn Anh Tâm – học sinh lớp 12 Toán, Trường THPT Chuyên Bến Tre – một trong 6 thành viên nhóm cho biết: Đặc thù nghiên cứu sản phẩm STEM cần sự liên kết và làm việc nhóm một cách hiệu quả. Do học khác lớp, 6 thành viên trong nhóm khác địa điểm, đa số các bạn ở các huyện nên quá trình làm việc cùng nhau gặp khó khăn vì hạn chế thời gian nhưng nhóm đã phối hợp xây dựng thời gian biểu và lịch trình làm việc chung có một vài thành viên trong nhóm cùng làm việc trong ngày để đảm bảo tiến độ công việc đề ra.

“Ngoài sự nỗ lực đổi mới của người dạy và người học, để phương pháp giáo dục STEM hiệu quả, về góc độ quản lý, nhà trường cần lên kế hoạch chi tiết, cụ thể ngay từ đầu mỗi năm. Trong đó, xác định những môn học nào và những thời điểm phù hợp để triển khai. Đặc biệt, nên có một ngày hội trải nghiệm sản phẩm STEM để học sinh được trưng bày sản phẩm, giao lưu học hỏi giữa các nhóm, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục STEM”.

(Giáo viên môn Hóa học Phạm Xuân Phú,

Trường THPT Chuyên Bến Tre – hướng dẫn nghiên cứu sản phẩm STEM)

Bài, ảnh: Phan Hân