Thiết kế chủ đề STEM: “Pin điện thực vật” để tổ chức dạy học nội dung ôn tập chương I “chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật” - Sinh học 11 THPT

BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ 4
DOI: 10.15625/vap.2020.000128

THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM: “PIN ĐIỆN THỰC VẬT” ĐỂ TỔ CHỨC
DẠY HỌC NỘI DUNG ÔN TẬP CHƯƠNG I “CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT
VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT” - SINH HỌC 11 THPT
La Việt Hồng1,*, Võ Trí Anh Thư2, Thái Thị Thanh Thương2
Tóm tắt: Nghiên cứu tạo pin điện thực vật (lấy điện từ cây) có kết quả rõ ràng:
đồng hồ điện tử (điện áp tiêu chuẩn 1,5V) có thể chạy hàng ngày từ điện sinh ra từ
cây, dễ thực hiện và có tính ứng dụng thực tiễn. Chúng tôi đã vận dụng giáo dục
STEM để xây dựng được chủ đề “Pin điện thực vật”, đồng thời vận dụng trong dạy
học. Đối với chủ đề STEM này, học sinh (HS) vận dụng các kiến thức liên môn đã
học và kỹ năng, tư duy sáng tạo để tạo “Pin điện thực vật”, đồng thời giải quyết các
câu hỏi xoay quanh việc tại sao pin hoạt động được thơng qua kiến thức chương I
“Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật” - Sinh học 11.
Từ khóa: Chủ đề, dạy học, pin điện thực vật, sinh học, STEM.

1. MỞ ĐẦU
Chủ đề dạy học STEM trong trường trung học (gọi tắt là chủ đề STEM) là chủ đề
dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của
các mơn học khoa học trong chương trình phổ thơng. Trong quá trình dạy học, giáo viên tổ
chức cho học sinh làm việc nhóm, sử dụng cơng nghệ truyền thống và hiện đại, cơng cụ
tốn học để tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, phát triển kỹ năng và tư duy của học
sinh (Lê Xuân Quang, 2015; Nguyễn Thanh Nga, 2017).
Trong các chủ đề STEM, chủ đề STEM dạy học vận dụng được xây dựng trên cơ sở
những kiến thức học sinh đã được học là một loại chủ đề STEM bồi dưỡng cho học sinh
năng lực vận dụng lí thuyết vào thực tiễn. Các chủ đề STEM này luôn vận dụng nhiều
môn học kết hợp với nhau và do đó nó có thể giúp các HS hiểu được, vận dụng được kiến
thức đã học đồng thời giải quyết được các vấn đề thực tiễn. Ở chủ đề STEM Pin điện thực
vật này, HS sẽ được vận dụng các kiến thức của mơn Vật lí 11 (bài “Dịng điện trong chất
điện phân”), Vật lí 11 nâng cao (bài “Pin điện hóa”) và mơn Sinh học 11, Sinh học 11

nâng cao (Chương I: “Chuyển hóa vật chất và năng lượng” phần A: Thực vật”) vào giải
quyết vấn đề tạo Pin điện thực vật và tại sao có dịng điện từ cây. Trước đây, đã có các chủ
đề STEM Pin điện hóa làm từ chanh, chuối... nhưng tính thực tế chưa cao và gây lãng phí.
Chủ đề STEM tạo “Pin điện thực vật” sẽ giúp HS có những trải nghiệm thú vị và bổ ích từ
việc liên hệ kiến thức đã học, giúp HS có thái độ và hướng tới việc bảo vệ môi trường,
đồng thời tạo ra các sản phẩm có tính ứng dụng đời sống hàng ngày.
2. VẬT LIỆU, DỤNG CỤ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1Trường

Đại học Sư phạm Hà Nội 2
THPT Chun Nguyễn Chí Thanh, Đăk Nơng
*Email:
2Trường


PHẦN III. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1041

2.1. Vật liệu, dụng cụ nghiên cứu
- Vật liệu: cỏ Lan Chi (Chlorophytum Comosum), cây Lúa (Oryza sativa); đất trồng.
- Dụng cụ: lọ trồng cây (cốc thủy tinh 500 ml), đồng hồ điện tử (điện áp tiêu chuẩn 1,5V),
các dây nối, thanh đồng (Cu), thanh nhơm (Al) cùng kích thước, máy VOM (đo điện áp).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu những tài liệu về chế tạo pin thực
vật, những tài liệu về phương pháp dạy học tích cực, đồng thời nghiên cứu, vận dụng giáo
dục STEM trong dạy học Sinh học.
- Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế thực nghiệm chủ đề Pin thực vật trong dạy nội
dung ôn tập chương chuyển hóa vật chất và năng lượng để đánh giá hiệu quả của chủ đề.
2.3. Nội dung nghiên cứu

Giới thiệu pin điện thực vật (lấy điện từ cây): pin điện thực vật có ưu điểm là pin
này tự sạc, nguyên liệu là đất và cây xanh, không gây lãng phí ngun liệu như pin điện
hóa từ chanh, chuối, giấm... Tồn tại: chưa có được mức năng lượng như pin điện hóa
thơng thường. Các lợi ích từ pin điện thực vật:
+ Thân thiện môi trường;
+ Từ nguồn năng lượng có thể tái tạo: năng lượng mặt trời;
+ Năng lượng sinh học sản xuất tại chỗ: sản xuất điện trực tiếp, không cần thu hoạch
cây, không cần vận chuyển, chi phí vật liệu thấp.
+ Bền vững.
- Cách tạo pin điện thực vật:
+ Thiết kế thí nghiệm tạo điện từ cây trên ba đối tượng: Mẫu 1: lọ đất trồng cỏ Lan
Chi (Chlorophytum Comosum); Mẫu 2: lọ đất trồng cây Lúa (Oryza sativa); Mẫu 3: lọ đất.
Bố trí thí nghiệm như sơ đồ và lấy kết quả của trung bình từ 3 lần đo điện áp (đo ở 3 thời
điểm trong ngày: Sáng: 7h; Trưa: 11h; Chiều: 17h). Tiến hành theo dõi 3 mẫu trong thời
gian 7 ngày và ghi nhận số liệu, từ đó đưa ra quy trình tạo pin điện thực vật (Hình 1).

Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm tạo điện từ cây


BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1042

+ Thiết kế thí nghiệm so sánh sinh trưởng của mẫu 1: cỏ Lan chi và mẫu 2: cây Lúa
sau 20 ngày. Ghi nhận kết quả, từ đó đưa ra mẫu cây thích hợp để tạo pin.
- Thiết kế kế hoạch dạy học và dạy thử nghiệm chủ đề STEM: “Pin điện thực vật”
(ôn tập “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở Thực vật”- Sinh học 11).
- Đánh giá mức độ đáp ứng của bài học.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả thiết kế pin điện thực vật

Bảng 1. Kết quả hoạt động đồng hồ và giá trị điện thế (mV) của 3 mẫu vật sau 7 ngày
Ngày
Ngày 1
Ngày 2
Ngày 3
Ngày 4
Ngày 5
Ngày 6
Ngày 7
Mẫu
Mẫu 1
1561
1572
1520
1475
1435
1436
1456
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
Mẫu 2
1558
1543
1532
1457

1430
1411
1391
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(0)
(0)
Mẫu 3
1564
1513
1472
1385
1356
1294
1385
(1)
(1)
(1)
(0)
(0)
(0)
(0)
(1): Đồng hồ hoạt động ổn định; (0): Đồng hồ hoạt động khơng ổn định.

Hình 2. Kết quả hoạt động đồng hồ và giá trị điện thế(mV) của 3 mẫu vật sau 7 ngày
Bảng 2. So sánh sinh trưởng của mẫu 1: cỏ Lan Chi và mẫu 2: cây Lúa sau 20 ngày
Ngày

Mẫu
Mẫu 1
Mẫu 2

Ngày 1

Ngày 10

Cây xanh tốt
Cây xanh tốt

Cây xanh tốt
Cây xanh tốt

Với kết quả như trên cho thấy:

Ngày 20
Cây xanh tốt
Cây còi cọc, yếu ớt, vàng khô và dần chết


PHẦN III. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1043

+ Mẫu 1 và 2 có tốc độ giảm điện thế thấp hơn mẫu 3, trong đó mẫu 1 có xu hướng
đạt mức ổn định ở 1,435V. Như vậy, ở cùng 1 mức tiêu thụ điện giống nhau thì ở mẫu 1
có sự nạp bổ sung điện tích lớn nhất và có xu hướng đạt cân bằng giữa công suất ngõ ra và
ngõ vào, tiếp theo đó là mẫu 2, 3. Với kết quả trên, chúng tôi chọn thử nghiệm đồng hồ
điện tử chạy hằng ngày đối với mẫu 1, đồng hồ hoạt động ổn định hàng ngày (kết quả

nghiên cứu được nhóm tác giả ghi nhận trong 30 ngày).
+ Việc lấy điện từ cây có kết quả và duy trì điện được hàng ngày được chọn ở mẫu 1
(cỏ Lan chi) vì cây Lúa có thể tạo ra điện nhưng thời gian khơng dài (dưới 20 ngày) do
một số nhược điểm như: nhanh chết, cần có chăm sóc và bón phân đầy đủ để duy trì…
Ngược lại ở cỏ Lan Chi thì rất dễ sống có thể ở nơi ngập úng (bão hịa nước), khơng cần
chăm bón nhiều, chi phí thấp do dễ trồng và sinh sản nhanh… Vì vậy nên sử dụng cỏ Lan
Chi làm vật liệu tạo sản phẩm ứng dụng để đạt hiệu quả.
Như vậy, với kết quả trên chúng tôi đưa ra quy trình tạo pin điện thực vật như sau:

A

B

A. Tạo điện cực cho thí nghiệm

B. Bố trí điện cực

C

C. Hồn thành sản phẩm.
Hình 3. Quy trình tạo pin điện thực vật


BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1044

3.2. Ưu điểm của quy trình tạo Pin điện thực vật
- Đơn giản, dễ thực hiện.
- Có thể áp dụng vào việc thiết kế các thiết bị ứng dụng trong đời sống hoạt động từ

pin điện thực vật (đồng hồ để bàn, đèn LED trang trí, pin sạc…).
3.3. Thiết kế kế hoạch bài học minh họa
THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM: “PIN ĐIỆN THỰC VẬT” ĐỂ TỔ CHỨC DẠY HỌC
NỘI DUNG ƠN TẬP CHƯƠNG I: CHUYỂN HĨA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Ở THỰC VẬT - SINH HỌC 11
I. Mục tiêu bài học
Sau khi học xong chủ đề này học sinh có khả năng:
Kiến thức:
- Trình bày và giải thích được cơ chế trao đổi khống ở rễ, quang hợp, hơ hấp thực vật.
- Giải thích được sự ảnh hưởng của các yếu tố (trao đổi khoáng ở rễ, hô hấp ở rễ,
quang hợp của cây…) tới việc tạo điện ở cây.
Kĩ năng
- Kĩ năng làm việc nhóm
- Kĩ năng làm “chuyên gia”
- Kĩ năng thuyết trình
- Kĩ năng vận dụng lí thuyết vào thực tiễn: HS biết cách làm pin điện thực vật, từ đó
HS thiết kế được các thiết bị ứng dụng trong đời sống hoạt động từ pin điện thực vật.
Thái độ
- Có thái độ tích cực với việc bảo vệ cây xanh, bảo vệ môi trường.
Năng lực
- Năng lực giao tiếp và hợp tác
- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
- Năng lực nghiên cứu khoa học.
II. Chuẩn bị
Giáo viên
- Dụng cụ, ngun liệu thực hiện thí nghiệm: đất khơ, lọ (kín), đồng hồ, các dây nối,
kẹp cá sấu, thanh đồng (Cu), thanh nhôm (Al), máy đo hiệu điện thế (VOM).
Học sinh
- Chuẩn bị mẫu vật theo nhóm: cây Lúa, cỏ Lan Chi.

PHẦN III. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1045

- Xem lại kiến thức về:
+ Mơn Sinh học: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật (trao đổi khống,
quang hợp, hơ hấp) Sinh học 11.
+ Mơn Vật lí: Cách mắc mạch điện nối tiếp (Vật lí 7); Pin điện hóa (Vật lí 11)
III. Quy trình tổ chức dạy học STEM
Hoạt động 1: Tạo Pin điện thực vật
- GV tiến hành chia lớp thành các nhóm HS: 5-7 HS/nhóm.
- GV đặt ra thử thách: Trong thời gian 10 phút hãy làm đồng hồ hoạt động được
bằng cách sử dụng cây và những vật dụng đi kèm khác.
- GV tiến hành chia dụng cụ về các nhóm.
Nhóm
Nhóm 1, 2, 3
Nhóm 4, 5, 6

Dụng cụ
Đồng hồ, pin, các dây nối, kẹp cá sấu, thanh đồng, thanh kẽm, máy VOM,
2 cây lúa
Đồng hồ, pin, các dây nối, kẹp cá sấu, thanh đồng, thanh kẽm, máy VOM,
2 cây cỏ Lan chi

- GV quan sát lớp trong 1-2 phút đầu. Nếu có nhóm chưa thực hiện được, GV tiến
hành gợi ý (hình thức gợi ý tùy vào số lượng nhóm chưa tiến hành được. Chẳng hạn nếu
hầu như các nhóm chưa thực hiện được, GV hướng dẫn chung cho cả lớp).
Một số gợi ý (mức độ ưu tiên tăng dần từ trên xuống dưới):
• Chậu cây được xem là nguồn điện

• Đồng hồ hoạt động ổn định từ 1,3 -1,5V trở lên
- Sau thời gian hoạt động, GV tiến hành cho HS đưa ra sản phẩm và nhận xét kết
quả của các nhóm. Sau đó đưa ra mơ hình tạo pin điện thực vật và hướng dẫn cách tiến
hành:
+ Nguyên liệu:

Hình 4. Bộ dụng cụ làm pin điện thực vật (từ phải qua trái): đồng hồ điện tử loại 1,5V;
thanh đồng và nhôm; máy đo (VOM); hai cây cỏ Lan chi; dây nối và kẹp cá sấu

+ Thực hiện:
- Dùng các dây nối với nhau bằng kẹp cá sấu để tạo thành đoạn dây mắc nối tiếp, sau
đó dùng kẹp cá sấu kẹp các thanh đồng và thanh nhôm vào đoạn dây để cắm xuống đất.


BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1046

- Nên cắm các thanh kim loại xa nhau để tạo dòng dịch chuyển electron mạnh.
- Khi cắm xong thì nối hai đầu cịn lại của đoạn mạch với hai cực tương ứng của
đồng hồ. Và sau khi có dịng điện chạy ổn định thì đồng hồ sẽ chạy.
Hoạt động 2: Tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo điện từ cây
GV nêu vấn đề học tập, chia nhóm, giao nhiệm vụ cho mỗi nhóm.
Cách chia nhóm
“Nhóm chuyên gia”: Chia lớp thành 4 loại nhóm (đặt tên nhóm là “xanh, đỏ, tím,
vàng”; trong mỗi nhóm đánh số thứ tự các thành viên từ 1 đến hết). Lớp số lượng HS thực
tế 32, lớp chia thành 4 nhóm, mỗi nhóm 8 HS.
“Nhóm mảnh ghép”: Cứ 4 HS chuyên gia cùng số thứ tự thành viên trong 4 nhóm
xanh, đỏ, tím, vàng hợp lại thành 1 nhóm mảnh ghép, có 8 nhóm mảnh ghép.
Nhiệm vụ của các nhóm

- Nhóm chuyên gia
GV giao nhiệm vụ cho từng nhóm chun gia: trong vịng 7 phút tiến hành nghiên
cứu những yếu tố sau tới việc tạo điện từ cây.
+ Nhóm màu đỏ (8 HS)
Nghiên cứu về sự tương tác giữa tế bào lông hút với các hạt keo đất (trao đổi chất ở
rễ): Cấu tạo và sinh lí tế bào lông hút phù hợp chức năng nhận nước, nhận khống như thế
nào? Trình bày phương thức trao đổi chất khống của rễ trong đất?
+ Nhóm màu tím (8 HS)
Nghiên cứu về hô hấp ở rễ của cây: Rễ cây hơ hấp mạnh vì sao? Cơ chế của q
trình hơ hấp?
+ Nhóm màu vàng (8 HS)
Nghiên cứu về q trình quang hợp ở cây: Cơ chế của quá trình quang hợp? Quang
hợp tạo ra sản phẩm gì? Vai trị của sản phẩm đó với rễ cây?
+ Nhóm màu xanh (8 HS)
Nghiên cứu về vai trò của các vi khuẩn, vi sinh vật... trong đất đối với cây: Mối quan
hệ giữa hệ vi sinh vật rễ và rễ cây? Vì sao nói hệ vi sinh vật rễ là chìa khóa giúp cây phát
triển?
- Nhóm mảnh ghép
GV đặt nhiệm vụ cho các nhóm mảnh ghép: trong thời gian 20 phút, các thành viên
cần thực hiện những nhiệm vụ:
+ Nhiệm vụ 1: Giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới việc tạo điện từ cây.
+ Nhiệm vụ 2: Vẽ sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng và thuyết trình trước lớp.


PHẦN III. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1047

- GV cho một nhóm đại diện lên báo cáo kết quả đã thảo luận. Các nhóm cịn lại
lắng nghe, nhận xét, góp ý.

- GV tổng kết lại kiến thức: GV tổng kết các yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo điện từ
cây: Trao đổi chất ở rễ được thực hiện bởi sự tương tác giữa tế bào lông hút rễ và keo đất
hoặc dịch đất. Keo hoặc dịch đất chứa ion, sẽ trao đổi với ion trên bề mặt tế bào lông hút
chủ động (năng lượng từ hơ hấp) và thụ động. Từ đó có sự chuyển dịch dịng electron (vì
chênh lệch hóa trị của cation, anion). Đặc biệt nếu có sự tham gia của các vi khuẩn (sử
dụng chất hữu cơ từ quang hợp sống xung quanh hệ rễ)... diễn ra, dòng electron chuyển
dịch càng mạnh.
Hoạt động 3: Luyện tập, củng cố, mở rộng
Vận dụng kiến thức đã học trong bài, hãy thiết kế các thiết bị ứng dụng trong đời
sống hoạt động từ pin điện thực vật (đồng hồ để bàn, đèn LED trang trí, pin sạc…).

A

B

C

D

Hình 5. Tổ chức dạy học chủ đề STEM: pin điện thực vật
A: Sản phẩm hình đồng hồ để bàn của HS chạy nhờ điện sinh ra từ cây;
Hình B, C, D: HS thực hành

Bài học đã được dạy thử nghiệm tại lớp 11 chuyên Vật lí Trường THPT Chun
Nguyễn Chí Thanh Đăk Nơng. Về thời gian đảm bảo thực hiện trong 1 tiết dạy (45 phút),
học sinh được hoạt động theo nhóm, hứng thú với nội dung bài học.
4. KẾT LUẬN
Sau khi học bài học này HS biết cách làm pin điện thực vật, hiểu được nguyên lí tạo
điện từ cây, giải thích được sự ảnh hưởng của các yếu tố (trao đổi khoáng ở rễ, hô hấp ở
rễ, quang hợp của cây…) tới việc tạo điện ở cây, từ đó HS có thể thiết kế được các thiết bị

ứng dụng trong đời sống hoạt động từ pin điện thực vật.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lí 11, Nxb. Giáo dục
Việt Nam.


BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM

1048

Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Nguyễn Thế Khơi (Tổng chủ biên), Vật lí 11NC, Nxb. Giáo dục
Việt Nam.
Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Nguyễn Thành Đạt (Tổng chủ biên), Sinh học 11, Nxb. Giáo dục
Việt Nam.
Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Vũ Văn Vụ (Tổng chủ biên), Sinh học 11NC, Nxb. Giáo dục Việt
Nam.
Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM,
Luận án tiến sĩ Khoa học Giáo dục, Trường ĐHSP Hà Nội.
Nguyễn Thanh Nga (2017) Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh THCS và
THPT, Nxb. ĐHSP TPHCM.

DESIGNING THE STEM TOPIC “PLANT BATTERY” FOR TEACHING
REVIEW CHAPTER I “METABOLISM AND ENERGETICS IN PLANTS” BIOLOGY 11
La Viet Hong1,*, Vo Tri Anh Thu2, Thai Thị Thanh Thuong2
Abstract: Research on creating plant batteries from soil and plants has resulted
in the development of an electronic clock (1.5V) which runs daily, is easy to
implement, and has high applicability. For the Plant Battery STEM topic, students
learn through experience, so that theory links with practice. Therefore, STEM
develops career orientation in students. The article presents STEM design in
teaching Biology for review chapter I “Metabolism and energetics in plant”Biology 11.

Keywords: Biology, plant battery, STEM, teaching, Topic.

1Hanoi

Pedagogical University 2
Chi Thanh High School for the Gifted Students, Dak Nong
*Email:
2Nguyen