Khóa luận Thiết kế và tổ chức dạy học Chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trường

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế và tổ chức dạy học Chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trường

1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH – KTNN PHÙNG LINH TRINH THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG (Theo chƣơng trình giáo dục phổ thông mới môn Sinh học) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Phƣơng pháp dạy học môn Sinh học HÀ NỘI, 2019
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH – KTNN PHÙNG LINH TRINH THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG (Theo chƣơng trình giáo dục phổ thông mới môn Sinh học) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Phƣơng pháp dạy học môn Sinh học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. An Biên Thùy HÀ NỘI, 2019
3. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp “ Chuyên đề: Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường” tôi xin được gửi lời cảm ơn trân trọng tới: Các thầy cô giáo trong tổ Phương pháp, các thầy cô trong Khoa Sinh- KTNN Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, những người đã luôn tận tâm, chỉ bảo nhiệt tình cho chúng tôi trong suốt quá trình học tập. Các thầy cô giáo Trường THPT Bến Tre - Phúc Yên đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em thu thập thông tin phục vụ khóa luận. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới cô giáo Tiến sĩ: An Biên Thùy người đã dành cho em sự quan tâm chu đáo, sự hướng dẫn nhiệt tình và những lời góp ý quý báu trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Trong quá trình nghiên cứu không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để ngày càng hoàn thiện hơn, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn Sinh học ở trường phổ thông. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng 1 năm 2019 Sinh viên Phùng Linh Trinh
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung trung thực và không trùng lặp với đề tài khác. Tôi cũng cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ An Biên Thùy. Nếu không đúng như tôi nêu ở phần trên, tôi sẽ hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày 27 tháng 1 năm 2019 Sinh viên Phùng Linh Trinh
5. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ cái viết tắt / kí hiệu Cụm từ đầy đủ DHDA : Dạy học dự án GV : Giáo viên HS : Học sinh KTDH : Kĩ thuật dạy học PPDH : Phương pháp dạy học THPT : Trung học phổ thông DANH MỤC BẢNG BIỂU / SƠ ĐỒ Kí hiệu bảng biểu Nội dung bảng biểu Bảng 1.1 Kết quả điều tra lợi ích của việc dạy học sinh học đem lại cho học sinh Bảng 1.2 Dự án gợi ý của giáo viên Bảng 1.3 Những khó khăn gặp phải khi GV dạy học theo chuyên đề Bảng 1.4 Kế hoạch của giáo viên và hoc sinh Bảng 2.1 Tiêu chí chấm poster Bảng 2.2 Tiêu chí chấm sản phẩm Sơ đồ 2.1 Quy trình dạy học dự án trong dạy học sinh học Sơ đồ 2.2 Các bước thiết kế và tổ chức dạy học chuyên đề Sơ đồ 2.3 Các bước thiết kế tài liệu chuyên đề
6. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu 3 5. Giả thuyết khoa học 3 6. Phạm vi nghiên cứu 3 7. Phƣơng pháp nghiên cứu 4 8. Dự kiến những đóng góp của đề tài 4 NỘI DUNG 6 Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6 1.1. Tổng quan những nghiên cứu liên quan đến đề tài 6 1.1.1. Những nghiên cứu trên thế giới 6 1.1.2. Những nghiên cứu ở Việt nam 6 1.2. Cơ sở lí luận của đề tài 7 1.2.1.Khái niệm dạy học chuyên đề 7 1.2.2. Vai trò của dạy học chuyên đề 8 1.2.3. Đặc trưng của dạy học chuyên đề 8 1.2.4. Ưu điểm và hạn chế của dạy học chuyên đề 8 1.2.5. Cấu trúc chuyên đề dạy học 10 1.2.6. Đánh giá chuyên đề dạy học 11 1.2.7. Phương pháp tổ chức dạy học 11 1.2.8. Phương pháp dạy học dự án 12 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài 21 1.3.1. Mục đích điều tra 21 1.3.2. Đối tượng điều tra 21
7. 1.3.3. Nội dung điều tra 21 1.3.4. Phương pháp điều tra 22 1.3.5. Kết quả điều tra 22 Kết luận chƣơng 1 24 Chƣơng 2. THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG 25 2.1. Thiết kế tài liệu chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trƣờng 25 2.1.1. Nguyên tắc thiết kế tài liệu chuyên đề 25 2.1.2. Quy trình thiết kế tài liệu chuyên đề 26 2.1.3. Ví dụ minh họa 27 Kết luận chƣơng 2 33 Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 34 3.1. Mục đích thực nghiệm 34 3.2. Đối tƣợng thực nghiệm 34 3.3. Thời gian thực nghiệm sƣ phạm 34 3.4. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 34 Kết luận chƣơng 3 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
8. MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài 1.1. Xuất phát từ sự chỉ đạo thay đổi phương pháp dạy học Bước vào thế kỉ 21, thế giới đang bước vào kỷ nghuyên mới - kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, điều đó đặt ta cho ngành giáo dục và đâò tạo nước ta những thách thức và cơ hội to lớn phải hội nhập vào xu thế toàn cầu hóa, với những đòi hỏi rất lớn trong chiến lược đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, nhằm đáp ứng cho sự phát triển của đất nước. Để thực hiện mục tiêu trên, đòi hỏi nền giáo dục nước ta không chỉ mở rộng quy mô, đa dạng hóa các loại hình đào tạo mà còn phải chú trọng việc nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện một cách phù hợp, tăng cường phát huy hiệu quả đáp ứng nhu cầu trước mắt và lâu dài của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Giáo dục và đào tạo phải giữ vai trò quan trọng chủ đạo trong việc hình thành và phát triển nhân cách con người. Bên cạnh đó giáo dục phải nâng cao dân trí và phát huy giá trị văn hóa dân tộc. Với yêu cầu đó thì nhà trường THPT phải đào tạo nguồn nhân lực cao, sẵn sàng chiếm lĩnh tri thức và biết thích nghi với thế giới đang ngày một thay đổi, phát triển về chương trình, sách giáo khoa, trang thiết bị 1.2. Xuất phát từ thực trạng dạy học chuyên đề Theo định hướng dạy học chương trình mới, GV có thể chủ động trong việc thiết kế nội dung học tập theo chuyên đề. Trong chương trình sinh học mới gồm 9 chuyên đề như sau: Công nghệ tế bào và một số thành tựu, công nghệ ennzim, công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường, dinh dưỡng khoáng – tăng năng suất cây trông và nông nghiệp sạch, một số bệnh dịch ở người và cách phòng trừ, vệ sinh an toàn thực phẩm, sinh học phân tử, kiểm soát sinh học, sinh thái nhân văn. Để tổ chức dạy học theo chuyên đề, GV có thể sử dụng nhiều phương pháp và KTDH khác nhau như: Dạy học chuyên đề, dạy học tích hợp, dạy học dự án . Trong đó, dạy học dự án tỏ ra là một PPDH hiệu quả, thích hợp với thời lượng lớn trong quá trình dạy học những nội dung kiến thức lớn. 1
9. Gần đây, thông qua các hội thảo, các buổi tập huấn, GV THPT đã được tiếp cận với rất nhiều phương pháp dạy học và kĩ thuật dạy học tích cực. Ví dụ như PPDH theo dự án, dạy học theo hợp đồng, dạy học giải quyết vấn đề, hay các kĩ thuật dạy học (KTDH) như: kĩ thuật phòng tranh, kĩ thuật bể cá, kĩ thuật mảnh ghép, kĩ thuật sân khấu hóa, đã không còn quá xa lạ với đông đảo GV. Ngoài ra một số có vận dụng nhưng còn lúng túng, chưa hợp lí và khoa học dẫn đến chưa đạt được hiệu quả cao. Yêu cầu đổi mới là tất yếu vì nếu ta vẫn đi theo lối mòn, chỉ áp dụng các PPDH truyền thống như: vấn đáp- thông báo tái hiện, thuyết trình – tìm tòi bộ phận, thì HS luôn trong tâm thế thụ động, không phát huy được tính tích cực và sáng tạo. 1.3. Triển vọng của dạy học theo chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường Do chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường là một chuyên đề mới trong chương trình sinh học nên tôi quyết định lựa chọn đề tài này để giúp cho học sinh có thể tự tìm hiểu quy trình công nghệ vi sinh vật trong xử lí một số chất thải phổ biến hiện nay ở Việt Nam, và để đáp ứng kịp thời chương trình giáo dục phổ thông mới môn Sinh học, tôi đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học chuyên đề: Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường”. 2. Mục đích nghiên cứu Thiết kế và tổ chức dạy học chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 3.1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về chuyên đề dạy học, thiết kế chuyên đề, tổ chức dạy học theo chuyên đề xử lí ô nhiễm môi trường bao gồm các khái niệm, quá trình hình thành, các tác nhân và vai trò của VSV. 3.2. Điều tra thực trạng thiết kế và tổ chức chuyên đề ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường trong trường THPT 3.3. Thiết kế chuyên đề ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. 2
10. 3.4. Đề xuất quy trình tổ chức dạy học chuyên đề ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường 3.5. Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết của đề tài 4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu - Nội dung chuyên đề: công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. - Qui trình thiết kế tài liệu chuyên đề, tiến trình tổ chức dạy học chuyên đề: ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. - Qui trình tổ chức dạy học chuyên đề: công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. 4.2. Khách thể nghiên cứu - Chương trình sinh học mới môn Sinh học - Nội dung xử lí ô nhiễm các môi trường đất, nước và khí thải. - Các công nghệ ứng dụng VSV trong xử lí môi trường ở địa phương. - Học sinh lớp 11A6 trường THPT Bến Tre 5. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế và tổ chức được chuyên đề ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường cho học sinh THPT thì sẽ nâng cao năng lực vận dụng kiến thức vi sinh vật vào công nghệ xử lí ô nhiễm môi trường. 6. Phạm vi nghiên cứu Quá trình ô nhiễm môi trường ở địa phương nơi các em sinh sống và tham quan du lịch ở Việt Nam. Quy trình công nghệ VSV trong xử lí một số chất thải phổ biến hiện nay ở Việt Nam Tổ chức dạy học dự án trong chuyên đề: Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. 3
11. 7. Phƣơng pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu các văn bản liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học, phương pháp dạy học tích hợp ô nhiễm môi trường của các địa phương. Nghiên cứu những nội dung lý thuyết liên quan đến quá trình VSV xử lí các chất thải và ứng dụng VSV trong việc xử lí môi trường. 7.2. Phương pháp điều tra Điều tra bằng bảng hỏi tới giáo viên và học sinh 7.3. Phương pháp chuyên gia Tham khảo, xin ý kiến nhận xét, đánh giá lựa chọn nội dung hoạt động thực hành cuộc sống của các thầy cô có kinh nghiệm giảng dạy ở trường THPT, các chuyên gia về xử lí ô nhiễm môi trường bằng VSV học. Tham khảo ý kiến chuyên gia gồm giảng viên đại học, thầy cô có kinh nghiệm giảng dạy tại trường THPT về: kết cấu nội dung chuyên đề, tiêu chí đánh giá chuyên đề, ngân hàng câu hỏi và bài tập của chuyên đề. 7.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm trên đối tượng học sinh THPT tại trường THPT Bến Tre. 7.5. Phương pháp xử lý số liệu Xử lý các số liệu thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel. 8. Dự kiến những đóng góp của đề tài 8.1. Về lí luận Hệ thống hóa cơ sở lí luận về thiết kế và tổ chức chuyên đề dạy học gồm: nguyên tắc và quy trình thiết kế tài liệu chuyên đề, thiết kế hoạt động chuyên đề tổ chức hoạt động chuyên đề Xây dựng quy trình dạy học theo chuyên đề, sử dụng PPDH theo dự án tổ chức dạy học chuyên đề để phát triển năng lực nhận thức kiến thức sinh học; năng lực giải quyết vấn đề; năng lực tìm tòi và khám phá thế giới sống 4
12. dưới góc độ sinh học; năng lực vận dụng kiến thức sinh học vào thực tiễn cho HS. 8.2. Về thực tiễn Biên soạn nội dung chuyên đề: Xây dựng ngân hàng câu hỏi và bài tập trong dạy học chuyên đề: Công nghệ VSV trong xử lí ô nhiễm môi trường. Hệ thống hóa một số công nghệ ứng dụng VSV để góp phần xử lí ô nhiễm môi trường. Là tài liệu tham khảo cho giáo viên, sinh viên khoa Sinh-KTNN 5
13. NỘI DUNG Chƣơng 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tổng quan những nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.1.1. Những nghiên cứu trên thế giới Người Đức Chú trọng trải nghiệm thực tế cho rằng trói buộc những đứa trẻ trong lớp học mà thiếu tính trải nghiệm thực tế sẽ dẫn đến những sản phẩm bị lỗi thời về mặt nội dung. Thầy cô đứng lớp còn quan niệm phải mất cả năm trời, thậm chí là vài năm người ta mới có thể xuất bản một quyển sách hạn hữu trong khi thế giới to lớn, vĩ đại đang vận động hàng giây. Thế nên kiến thức sách vở, phần lớn đã lỗi thời trước khi được trưng bày trên kệ sách. Người Đức quan niệm học tập để có một công việc phù hợp, thế nên trong khi một số nước như Việt Nam xem những học sinh không vào được đại học sẽ không có cơ hội phát triển, thì ở Đức người ta lại kỳ vọng rằng bộ phận học sinh này sẽ tỏa sáng khi được ghép với một công việc phù hợp. Vì vậy, trong cách dạy học của người Đức rất gần gũi với dạy học dự án trải nghiệm thực tế. Rất nhiều quốc gia phát triển trên thế giới như: Phần Lan, Mỹ, Pháp, Đức, Hunggari, Nhật Bản, Hàn Quốc, đã áp dụng rất thành công các phương pháp dạy học tích cực, trong đó dạy học chuyên đề đã được tiếp cận từ đầu những năm 2000. 1.1.2. Những nghiên cứu ở Việt nam Xét trên nhiều khía cạnh, với các căn cứ khác nhau, thì hiện nay có nhiều nhân tố là động lực để thúc đẩy giảng viên vận dụng nhiều phương pháp dạy học tích cực. Tuy nhiên, còn nhiều nhân tố đang là rào cản đối với đội ngũ giảng viên khi vận dụng phương pháp giảng dạy tích cực vào thực tiễn. Thực hiện nghị quyết 8 hội nghị XI, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã đón đầu chương trình đào tạo giáo viên, triển khai biên soạn, xuất bản và phát hành bộ sách bồi dưỡng GV, trong đó có bộ sách Dạy học tích hợp phát triển năng lực học sinh gồm 2 quyển: Quyển 1 – Khoa học tự nhiên (Vật lí, 6
14. Hóa học, Sinh học, Địa lí, ); Quyên 2 – Khoa học xã hội (Lịch sử, Giáo dục công dân, Giáo dục quốc phòng an ninh, ). Bộ sách giúp GV có tài liệu tham khảo để chủ động, tự tin và sáng tạo trong việc lựa chọn cách thức tổ chức dạy học chuyên đề tích hợp. Quyển sách này còn đưa ra khái niệm dạy học tích hợp, cấu trúc năng lực, các hình thức dạy học tích hợp, PP DH tích hợp. Trong đó dạy học dự án là một phương pháp có nhiều ưu điểm. Theo tác giả Trần Thị Quyên (2016) trong bài báo “Thiết kế chuyên đề chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào trong dạy học Sinh học 10 theo định hướng phát triển năng lực người học” đã nhấn mạnh vai trò dạy học bằng chuyên đề: “PPDH chuyên đề giúp học sinh cảm thấy hứng thú khi học tập, giúp học sinh nâng cao khả năng tự học, tự tìm tòi và phát huy vốn hiểu biết của mình, có tư duy hệ thống, năng cao khả năng vận dụng tri thức giải quyết vấn đề của đời sống thường ngày.” Như vậy tổng quan nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam các tác giả đã nghiên cứu tập trung: - Vai trò của chuyên đề - Vai trò của dạy học tích hợp - Các phương pháp và kĩ thuật dạy học trong chuyên đề, Trong nghiên cứu của tôi, sẽ làm rõ những luận điểm sau: - Cấu trúc của 1 tài liệu của chuyên đề dạy học - Ngân hàng câu hỏi – bài tập cho chuyên đề - Tổ chức dạy học chuyên đề thông qua dạy học dự án 1.2. Cơ sở lí luận của đề tài 1.2.1.Khái niệm dạy học chuyên đề Dạy học chuyên đề là một quan điểm dạy học, ở đó người học phải huy động nhiều nguồn lực kiến thức, kĩ năng để giải quyết vấn đề qua đó nâng cao năng lực người học. Chuyên đề học tập không đơn thuần là sự cộng gộp cơ học nội dung các bài với nhau mà có sự liên kết và hợp nhất để tạo thành một chỉnh thể hoàn chỉnh. Ngày nay, GV nên sử dụng chuyên đề trong dạy học vì 7
15. bản thân vấn đề trong cuộc sống đã là tích hợp, nếu học riêng lẻ sẽ không đáp ứng được, giúp người học phát triển những năng lực của riêng mình, giúp quá tình học tập gần gũi với thực tiễn, và thông qua chuyên đề GV có nhiều cơ hội tổ chức các hoạt động dạy học tích cực để phát triển năng lực người học cũng như tiết kiệm thời gian và không gây nhàm chán, quá tải cho người học. 1.2.2. Vai trò của dạy học chuyên đề Dạy học theo chuyên đề đem lại hiệu quả lớn trong việc dạy và học cụ thể như: Về phía GV: Dạy học theo chuyên đề giúp GV có thể chủ động lựa chọn và xây dựng chuyên đề học tập phù hợp với điều kiện nhà trường cũng như năng lực của HS. Về phía HS: Do không bị bó buộc về mặt thời gian như dạy theo bài/ tiết, các hoạt động học tập cũng trở nên đa dạng và tích cực hơn qua đó giúp HS phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của bản thân, khả năng vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống trong thực tế. 1.2.3. Đặc trưng của dạy học chuyên đề - Tất cả các kiến thức cần truyền đạt cho HS có thể liên quan đến một hay nhiều lĩnh vực hoặc nhiều chuyên ngành khác nhau - Tận dụng tối đa những kinh nghiệm của HS có liên quan đến kiến thức chuyên đề học tập. - Bằng hệ thống câu hỏi định hướng giúp HS có thể nhận thức được những kiến thức trong chuyên đề. Hệ thống kiến thức một cách chặt chẽ, sát thực, quá trình học tập thoải mái, luôn tạo điều kiện cho HS đạt được mục đích học tập và phát triển bản thân. - Tận dụng tối ưu phương tiện, công cụ học tập xung quanh HS. - Phù hợp với từng đối tượng HS. - Rèn luyện khả năng làm việc theo nhóm, tính hợp tác của HS. 1.2.4. Ưu điểm và hạn chế của dạy học chuyên đề Ưu điểm : Dạy học theo chuyên đề là một mô hình dạy học mới thay thế cho lớp học truyền thống (bài học ngắn và cô lập, giáo viên là trung tâm 8
16. với vai trò truyền đạt kiến thức) bằng việc kết cấu những nội dung mang tính chất tổng quát, liên quan đến nhiều lĩnh vực, nhiều vấn đề trong thực tiễn và HS là trung tâm của hoạt động học tập mà không bị quá tải. Việc học của HS thực sự có giá trị vì nó kết nối với thực tế và rèn luyện được nhiều kĩ năng hoạt động và kĩ năng sống. Với cách tiếp cận này, vai trò của giáo viên chỉ là người hướng dẫn, chỉ bảo thay vì quản lý trực tiếp HS làm việc. Hạn chế: Khó khăn lớn nhất, cản trở lớn nhất tồn tại ở chính các nhà giáo dục ngại thay đổi. GV đã quen với lối mòn dạy theo tiến trình SGK, chưa mạnh dạn sử dụng các PPDH và KTDH tích cực thay vì cách dạy học truyền thống. Bước đầu làm quen với mô hình dạy học kiểu mới rất khó khăn, từ việc thiết kế nội dung chuyên đề hợp lí khoa học đến việc thiết kế các hoạt động định hướng năng lực cho người học. Vì vậy một bộ phận không nhỏ GV vẫn chọn cách an toàn là điều có thể hiểu. Tại các trường học ở nông thôn, cơ sở vật chất còn hạn chế, chưa phục vụ được cho quá trình dạy học. Hơn nữa, bước đầu thay đổi phương pháp học tập HS cũng sẽ gặp phải những khó khăn, lạ lẫm và khó bắt kịp nhanh chóng do đã hình thành thói quen học thụ động từ nhỏ. Tất cả đã tạo nên 1 rào cản nhất định trong quá trình tổ chức dạy học kiểu mới. Tuy nhiên, theo đánh giá chung của các thầy, cô giáo đang thực hiện dạy học theo hướng tích hợp liên môn thì những khó khăn nội tại không phải là không khắc phục được. 9
17. 1.2.5. Cấu trúc chuyên đề dạy học Tên các bài Tên các bài Cấu trúc nội Nội dung liên môn Nội dung Tích Định hướng các Tiết thứ của chuyên của chuyên dung bài hợp (Môi năng lực cần ( Thứ tự tiết đề theo đề theo cấu học mới trường, tiết phát triển cho HS trong PPCT) PPCT cũ trúc mới theo chuyên kiệm năng đề lượng, giáo dục địa phương, di sản Bài 1: Tiết 1: I. Toán -Nêu cụ thể Nhận biết tích hợp nội Bài 2: II. Hóa Thông hiểu dung gì? Bài 3: III. Ngữ văn Vận dụng thấp Vận dụng cao Tiết 2 I. Nhận biết II. Thông hiểu III. Vận dụng thấp Vận dụng cao 10
18. 1.2.6. Đánh giá chuyên đề dạy học Để đánh giá chuyên đề dạy học GV tiến hành xây dựng các câu hỏi và bài tập tương ứng. Câu hỏi/ bài tập đưa ra nhằm kiểm tra, đánh giá việc tiếp thu kiến thức, kỹ năng trong đó chú ý đến các năng lực cần phát triển sau khi học sinh học xong chủ đề (Tương tự như câu hỏi/bài tập mà giáo viên dùng để củng cố bài trong các tiết dạy hiện nay). Đối với câu hỏi/ bài tập liên quan đến phát triển năng lực học sinh yêu cầu câu hỏi/bài tập đưa ra phải đánh giá được 4 mức độ như trong bảng mô tả (nhận biết, thông hiểu, vận dụng thấp, vận dụng cao) trong đó ưu tiên những câu hỏi/bài tập gắn liền với thực tiễn đòi hỏi học sinh vận dụng kiến thức, kỹ năng, kinh nghiệm của bản thân để giải quyết các tình huống thực tiễn đó. Giáo viên cũng có xây dựng câu hỏi kiểm tra đánh giá mục tiêu sau mỗi hoạt động hoặc sau tiết dạy của chủ đề (dành 5-10 phút) Sau mỗi chuyên đề giáo viên có thể kiểm tra học sinh dưới dạng đề kiểm tra 15 phút. Đề kiểm tra 15 phút hoặc một tiết giáo viên phải xây dựng ma trận đề. 1.2.7. Phương pháp tổ chức dạy học Định hướng phương pháp dạy học: => Để tổ chức dạy học chuyên đề GV có thể sử dụng nhiều PPDH và KTDH khác nhau như: Kỹ thuật khăn trải bàn, phương pháp bàn tay nặn bột nhưng trong đó phương pháp dạy học dự án là ưu việt hơn cả. Bên cạnh những nội dung giáo dục cốt lõi như cấu trúc và chức năng ở các cấp độ tổ chức sống: phân tử, tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái, tương tác với môi trường, bao quát lên có di truyền, biến dị, tiến hóa; những HS có thiên hướng nghiên cứu khoa học và công nghệ còn được tự chọn một số chuyên đề. Các chuyên đề nhằm mở rộng và nâng cao kiến thức, rèn luyện kĩ năng thực hành, chú trọng các hoạt động trải nghiệm thực tế cho người học. 11
19. 1.2.8. Phương pháp dạy học dự án 1.2.8.1. Khái niệm dự án Dự án nghĩa là dự thảo, phác thảo, thiết kế. Dự án có thể hiểu là một dự định, kế hoạch trong đó cần xác định rõ mục tiêu thời gian, phương tiện tài chính, vật chất, nhân lực và cần được thực hiện để đạt được mục tiêu đề ra. Khái niệm dạy học dự án: DHDA có thể được gọi bằng nhiều cách khác nhau như dựa trên dự án, dự án học tập, làm việc dự án Tuy vậy nội dung của các khái niệm có thể cùng hiểu như sau” 1.2.8.2. Đặc điểm của dạy học dự án DHDA là một mô hình dạy học lấy học sinh làm trung tâm trong đó HS tham gia vào việc giải quyết một nhiệm vụ phức hợp, gắn với thực tiễn và cuối cùng phải tạo ra những sản phẩm thực tế. Dự án được phát triển từ những vấn đề mang tính thách thức, không thể giải quyết chỉ bằng kiến thức học vẹt. Dự án đặt học sinh vào những vai trò tích cực như: Người giải quyết vấn đề, ra quyết định, điều tra hay người viết báo cáo. Hình thức chủ yếu trong dạy học dự án là hoạt động nhóm. Mục tiêu của dạy học dự án: Dự án hướng tới những mục tiêu quan trọng và đặc thù: Giúp học sinh nắm vững kiến thức và vận dụng chúng vào thực tiễn, DHDA hướng tới phát triển những kĩ năng tư duy bậc cao (Phân tích, tổng hợp, so sánh), năng lực giải quyết vấn đề cùng kĩ năng sống và làm việc. Dự án giúp khơi dậy sự hứng thú, niềm say mê khám phá tìm tòi trong mỗi học sinh. 1.2.8.3. Vai trò của dạy học dự án Đối với giáo viên: Giúp giáo viên truyền đạt kiến thức đến học sinh gắn với thực tiễn và khắc sâu được kiến thức. Đối với học sinh Định hướng thực tiễn: Chủ đề của dự án gắn với thực tiễn, kết quả dự án có ý nghĩa thực tiễn xã hội. DHDA tạo ra kinh nghiệm học tập thu hút 12
20. người học vào những dự án phức tạp trong thế giới thực và người học sẽ dựa vào đó để phát triển và ứng dụng các kỹ năng và kiến thức của mình. Định hướng hành động: Kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, kết hợp nhiều giác quan. Người học khám phá, giải thích và tổng hợp thông tin cá nhân một cách ý nghĩa Định hướng sản phẩm : Đó là những sản phẩm hành động có thể công bố, giới thiệu được. Kết quả dự án có thể là bài báo,trình bày, mô hình, thí nghiệm Tính tự lực cao của người học: Người học tham gia tích cực và tự lực vào tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học : đề xuất vấn đề, lập kế hoạch giải quyết vấn đề, giải quyết vấn đề và trình bày kết quả thực hiện. Định hướng hứng thú: Chủ đề và nội dung của dự án phù hợp với hứng thú người học, thúc đẩy mong muốn học tập của người học, tăng cường năng lực hoàn thành những công việc quan trọng và mong muốn được đánh giá. Cơ hội cộng tác với các bạn cùng lớp làm tăng hứng thú học tập của người học. Cộng tác làm việc : Các dự án học tập thường được thực hiện theo nhóm, việc học mang tính xã hội. DHDA thúc đẩy sự cộng tác giữa người học với giáo viên và người học với nhau. Vai trò của giáo viên và học sinh trong dạy học dự án Vai trò của giáo viên: các hoạt động dự án trong lớp học đòi hỏi vai trò của giáo viên phải được thay đổi. giáo viên từ bỏ cách đọc giảng truyền thống, họ không còn phụ thuộc vào giáo trình hoặc các tài liệu dạy học sẵn có. Giai đoạn chuẩn bị dự án đòi hỏi giáo viên phải đầu tư nhiều thời gian và công sức để lập kế hoạch thiết kế dự án, thiết kế các tài liệu hỗ trợ, chuẩn bị điều kiện cho dự án. Trong suốt quá trình thực hiện dự án viên thể hiện vai trò người kiểm tra đánh giá hướng dẫn, định hướng, trợ giúp học sinh. Vai trò của học sinh: Hoạt động dự án cũng làm thay đổi vai trò của HS. HS có thể không quen thể hiện vai trò chủ động trong lớp học. trong các dự án, HS là người phát hiện và giải quyết vấn đề, được đưa ra nhiều quyết định, được cộng tác làm việc, đưa ra sáng kiến,được trình bày trước đám 13
21. đông Mặc dù lúc đầu có thể là thách thức lớn, nhưng hầu hết HS đều nhận thấy công việc dự án này rất có ý nghĩa, có liên quan thực tế đến cuộc sống và rất hấp dẫn.Vì vậy, nhìn chung, họ rất tích cực, thực hiện tốt dự án và đạt thành công. 1.2.8.4. Những thuận lợi và khó khăn khi tổ chức dạy học dự án ở trƣờng THPT Thuận lợi Học sinh THPT đang học kiến thức vi sinh vật là những kiến thức vừa đã học vừa chưa biết. Vận dụng kiến thức đã học và được học vào thực tiễn đời sống một cách thuận lợi hơn. Khó khăn Đòi hỏi nhiều thời gian, không hợp cho việc thiết kế hoạt động và lập kế hoạch hoạt động, truyền thụ những tri thức mang tính hệ thống. Đòi hỏi phương tiện vật chất và tài chính của DHDA chưa phù hợp với điều kiện nhiều địa phương ở nước ta. Dự án không khuyến khích thực hiện vào những phần kiến thức then chốt, cần truyền đạt kiến thức chính xác, đầy đủ cho người học mà nên thực hiện vào những nội dung có tính thực tiễn cao. 1.2.8.5. Quy trình dạy học dự án trong dạy học sinh học 14
22. Chuẩn 1b ị dự Triển khai bài học thành dự án án 2 3 Xây dựng bộ câu hỏi định hướng Thiết kế dự án Thiết kế tài liệu hỗ trợ Chuẩn bị điều kiện thực hiện dự án Lựa chọn dự án Lập kế hoạch tổ chức thực hiện Kế hoạch hóa dự án Thực hiện dự Đề xuất giải pháp án Thực hiện giải pháp Tổ chức, kiểm tra, giúp đỡ, định Giới thiệu sản hướng việc thực hiện dự án Xem xét lại dự án Đánh giá dự án Kiểm tra, đánh giá, bình luận, Tiếp theo của dự án khuyến khích Học sinh Giáo viên Sơ đồ 2.1. Quy trình dạy học dự án trong dạy học sinh học 15
23. Bƣớc 1: Chuẩn bị dự án Hoạt động của GV: Xác định mục tiêu, triển khai bài học thành dự án, xây dựng bộ câu hỏi định hướng, thiết kế dự án, thiết kế tài liệu hỗ trợ GV và HS, chuẩn bị các điều kiện thực hiện dự án lập kế hoạch thực hiện dự án Hoạt động của học sinh: Xác định chủ đề, xác định mục đích và những tiêu chí đánh giá, dự kiến các nguồn cần nhận được để thực hiện dự án [1] Bƣớc 2: Thực hiện dự án Dự án 1: Điều tra rác thải sinh hoạt tại địa phương (gia đình) rồi phân loại rác thải (Lĩnh vực rác thải sinh hoạt) Mô tả dự án: Hiện nay rác thải sinh hoạt, rác thải công nghiệp, nông nghiệp tại nước ta tăng rất cao. Ô nhiễm môi trường ngày càng nặng nhưng biện pháp xử lí vẫn chưa triệt để và hiệu quả, với tư cách là một nhà sinh học em hãy đề ra biện pháp phân loại rác thải sao cho phù hợp nhất với việc phân hủy và tái chế. Câu hỏi khái quát: Sinh học có ý nghĩa gì đối với việc xử lí ô nhiễm môi trường? Câu hỏi bài học: Dựa vào kiến thức sinh học hãy cho biết có mấy loại rác thải trong ô nhiễm môi trường? Câu hỏi nội dung: - Có mấy loại rác thải ngoài tự nhiên? - Rác thải sinh hoạt gồm những gì? - Rác thải nông nghiệp và công nghiệp gồm những gì? - Chúng ta phải làm gì để xử lí ô nhiễm môi trường? Mục tiêu của dự án: Kiến thức: Phân loại rác thải + Rác thải sinh hoạt: Rác thải hữu cơ, Rác thải vô vơ + Rác thải nông nghiệp + Rác thải công nghiệp 16
24. Kỹ năng: + Làm việc nhóm + Báo cáo, thuyết trình + Sử dụng máy tính + Đánh giá và tự đánh giá Thái độ: - HS hứng thú với dự án, với các ứng dụng của sinh học trong xử lí ô nhiễm môi trường - HS có tinh thần trách nhiệm trong việc thực hiện nhiệm vụ được gia - HS có ý thức phân loại rác thải, tuyên truyền cho người thân và cộng đồng xử lí ô nhiễm môi trường. Sản phẩm: Poster thể hiện kết quả và quá trình nghiên cứu của nhóm - Nguồn hỗ trợ: SKG Sinh học 11 nâng cao, tài liệu về DHDA, sơ đồ tư duy, dự án tham khảo, các trang web: + + + Bảng 1.4. Kế hoạch của giáo viên và học sinh Nội dung Yêu cầu Sản phẩm cần đạt Thời gian Đánh giá: Sử dụng các hình thức đánh giá: - HS tự đánh giá bản thân và đánh giá thành viên trong cùng nhóm ( đánh giá đồng đẳng) 17
25. - HS đánh giá sản phẩm của các nhóm GV đánh giá sản phẩm và qua trình làm việc của các nhóm. Tiêu chí đánh giá poster: Trình bày nội dung đầy đủ, rõ ràng, hình ảnh bắt mắt, người trình bày poster thể hiện tốt. Bảng 2.1.Tiêu chí chấm poster: STT Nội dung chấm Điểm 1. Hình thức trình bày rõ ràng, bắt mắt 1 2. Nội dung poster đầy đủ kiến thức 7 3. Năng lực báo cáo: Tác phong tự tin, 2 trình bày diễn cảm, mạch lạc, rõ ràng, trả lời đúng câu hỏi) Tổng cộng 10 Dự án 2: Thiết kế một số sản phẩm tái chế từ rác thải (lĩnh vực rác thải) Bộ câu hỏi định hướng: Trong sinh hoạt có một lượng rác thải rất lớn mà chúng ta chưa tận dụng được chúng, có cách nào để chúng ta tận dụng lại được một phần rác thải không? Câu hỏi khái quát: Sinh học có ý nghĩa gì đối với việc xử lí ô nhiễm môi trường? Ý tưởng dự án: Tận dụng những gì có thể tái chế được từ rác thải sinh hoạt để tái sử dụng thành những sản phẩm có thể sử dụng được. Mục tiêu của dự án: Kiến thức: Phân loại được rác thải, phân tích được thành phần của rác thải. Kỹ năng: + Làm việc nhóm 18
26. + Báo cáo, thuyết trình + Sử dụng máy tính + Đánh giá và tự đánh giá Thái độ: - HS hứng thú với dự án, với các ứng dụng của sinh học trong xử lí ô nhiễm môi trường - HS có tinh thần trách nhiệm trong việc thực hiện nhiệm vụ được gia HS có ý thức phân loại rác thải, tuyên truyền cho người thân và cộng đồng xử lí ô nhiễm môi trường. Sản phẩm: Các nhóm nộp lại các sản phẩm tái chế từ rác thải sinh hoạt. Bảng 2.2.Tiêu chí chấm sản phẩm STT Nội dung chấm Điểm 1. Sản phẩm thân thiện với môi trường 2 2. Khả năng tái sử dụng trong thực tiễn 5 3. Hình thức đẹp, người thuyết trình tốt 3 Tổng 10 Nguồn hỗ trợ: - SKG Sinh học 11 nâng cao - Tài liệu về DHDA, sơ đồ tư duy, dự án tham khảo - Các trang web: + + + Đánh giá: Sử dụng các hình thức đánh giá: - HS tự đánh giá bản thân và đánh giá thành viên trong cùng nhóm (đánh giá đồng đẳng) - HS đánh giá sản phẩm của các nhóm 19
27. GV đánh giá sản phẩm và qua trình làm việc của các nhóm. - Sản phẩm phải có tính ứng dụng cao và thân thiện với môi trường. Dự án 3: Tìm hiểu một số ứng dụng của vi sinh vật trong xử lí rác thải, nước thải và khí thải. (lĩnh vực rác thải, nước thải và khí thải) Bộ câu hỏi định hướng: Ô nhiễm môi trường đang là một hiện tượng phổ biến ở nước ta hiện nay nhưng vẫn chưa có phương pháp xử lí triệt để Câu hỏi khái quát : Sinh học có ý nghĩa gì đối với việc xử lí ô nhiễm môi trường? Ý tưởng dự án Mục tiêu của dự án - Kiến thức : Vận dụng được kiến thức vi sinh vật để ứng dụng vào thực tiễn, kể ra được một số ứng dụng của công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường tại địa phương. - Kỹ năng + Làm việc nhóm + Báo cáo, thuyết trình + Sử dụng máy tính + Đánh giá và tự đánh giá - Thái độ HS hứng thú với dự án, với các ứng dụng của sinh học trong xử lí ô nhiễm môi trường HS có tinh thần trách nhiệm trong việc thực hiện nhiệm vụ được gia HS có ý thức phân loại rác thải, tuyên truyền cho người thân và cộng đồng xử lí ô nhiễm môi trường. Sản phẩm : Sử dụng men vi sinh emuniv để ủ rác - SKG Sinh học 11 nâng cao Tài liệu về DHDA, sơ đồ tư duy, dự án tham khảo Các trang web: + 20
28. + + Các từ khóa tìm kiếm Đánh giá: - Sản phẩm thiết thực có tính ứng dụng cao. - HS tự đánh giá bản thân và đánh giá thành viên trong cùng nhóm (đánh giá đồng đẳng) - HS đánh giá sản phẩm của các nhóm GV đánh giá sản phẩm và qua trình làm việc của các nhóm. Bƣớc 3: Khai thác dự án Học sinh cần xem xét lại dự án và thực hiện phần tiếp theo của dự án. Từ những dự án trên, học sinh đã vận dụng kiến thức sinh học chuyên đề công vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường rất hiệu quả. 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài 1.3.1. Mục đích điều tra Mục đích của việc điều tra thực tiễn là đánh giá nhận thức của giáo viên, học sinh và thực trạng dạy học sinh học theo hướng tích cực, cũng như tình trạng DHDA ở trường phổ thông, đặc biệt là công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. 1.3.2. Đối tượng điều tra Học sinh và giáo viên trường THPT Hàn Thuyên và THPT Bến Tre 1.3.3. Nội dung điều tra - Nhận thức của học sinh về ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường - Nhận thức của giáo viên về tầm quan trọng của công tác xử lí môi trường nhờ ứng dụng của vi sinh vật. - Thực trạng xử lí môi trường ở địa phương. 21
29. - Thực trạng dạy học sinh học theo chuyên đề ở trường phổ thông. 1.3.4. Phương pháp điều tra Phương pháp điều tra thực tiễn được sử dụng là phương pháp khảo sát bằng phiếu điều tra (Mẫu phiếu ở phụ lục 1 và phụ luc 2). Khảo sát được thực hiện trên đối tượng học sinh và giáo viên sinh học của một số trường THPT với số lượng phân bố như sau: + Giáo viên: 15 phiếu + Học sinh : 40 phiếu. 1.3.5. Kết quả điều tra Thực trạng dạy học tích cực ở trường THPT. - Học sinh: Bảng 1.1: Kết quả điều tra lợi ích dạy học môn sinh học đem lại lợi ích cho HS Mong muốn việc dạy học sinh học đem lại cho bản thân những lợi ích Rất Khá Không Không đúng đúng đúng đúng lắm Làm tốt các bài kiểm tra môn sinh học, 50 5 2 3 đạt kết quả học tập tốt (điểm cao) Kiến thức để thi đỗ tốt nghiệp THPT/ 45 10 3 2 Thi đại học đạt điểm cao Kiến thức để vận dụng vào cuộc sống, 50 3 5 2 công việc. Kỹ năng, phương pháp làm việc để vận 40 10 6 4 dụng vào cuộc sống, công việc 22
30. Tần suất tiếp cận với phƣơng pháp, hình thức dạy học dƣới đây trong môn sinh học Chưa Rất Thỉnh Thường bao giờ hiếm thoảng xuyên Làm việc nhóm, trao đổi, thảo luận 0 15 18 12 nhóm, làm bài tập theo nhóm) Theo các phương pháp, hình thức 10 15 20 15 dạy học hiện đại (ví dụ: dạy học theo dự án, học theo góc ) Giáo viên giao các nhiệm vụ mở, 25 15 10 10 nhiệm vụ gắn với thực tiễn Học sinh tự đánh giá lực học của bản 25 15 10 10 thân và của các bạn trong lớp. (Kết quả do em đánh giá được GV tính vào điểm số môn học) Như vậy, thông qua kết quả điều qua trên của GV và HS cho thấy: Phần lớn các em đều yêu thích học môn Sinh học. Trong giờ học các em thường xuyên được tổ chức các hoạt động như: trao đổi, thảo luận với bạn để giải quyết 1 vấn đề nào đó dựa trên kiến thức đã biết hoặc kiến thức thực tế của các em; làm thí nghiệm hoặc thực hành, điều tra và trải nghiệm thực tế. Hiện tại, việc nghe GV giảng bài và ghi chép đã không còn sử dụng nhiều và những hoạt động đó phần lớn HS đều không thích. Vì vậy trong nghiên cứu chúng tôi tiếp tục làm rõ các vấn đề đó đồng thời đây cũng là kênh thực tiễn khẳng định lựa chọn nghiên cứu là hoàn toàn đúng đắn. 23
31. Kết luận chƣơng 1 Trong chương 1, chúng tôi trình bày về cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học tích cực, dạy học chuyên đề theo hướng phát triển dự án và cơ sở lí luận của dạy học gắn với việc sử dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường, cũng như thực tiễn dạy học sinh học theo hướng tích cực ở trường phổ thông. Trong phần nghiên cứu, chúng tôi tập trung giải quyết các vấn đề sau: 1) Thiết kế chuyên đề 2) Thiết kế dự án 3) Tổ chức dạy học dự án Cơ sở lí luận tập trung vào 2 nội dung: Dạy học chuyên đề: Khái niệm, đặc trưng, ưu việt Chuyên đề công nghệ sinh học trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Thông qua điều tra cho thấy:Việc dạy học sinh học ở phổ thông bằng chuyên đề theo dự án còn hạn chế, do vậy, trong phần nghiên cứu tôi sẽ trình bày rõ hơn tại chương 2. 24
32. Chƣơng 2 THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG Để thiết kế và tổ chức dạy học chuyên đề, giáo viên cần xây dựng tài liệu cho chuyên đề dựa trên các nguồn tài liệu tham khảo, sau đó sơ chế lại để trở thành tài liệu của mình sau đó xin ý kiến nhận xét của chuyên gia để hoàn thiện tài liệu, sau đó thiết kế chuyên đề, cuối cùng, quy trình này được sơ đồ hóa như sau: Thiết kế tài Thiết kế hoạt Tổ chức hoạt liệu chuyên động chuyên động chuyên đề đề đề Sơ đồ 2.2. Các bƣớc thiết kế và tổ chức dạy học sinh học 2.1. Thiết kế tài liệu chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trƣờng Đặc điểm khi chúng ta dạy học theo chuyên đề, mạch nội dung sẽ được kết cấu lại hoàn toàn khác so với chương trình SGK hiện hành. Vậy nên, bước đầu tiên cần phải làm chính là biên soạn tài liệu dùng cho dạy và học chuyên đề đó. 2.1.1. Nguyên tắc thiết kế tài liệu chuyên đề Khi thiết kế tài liệu cho chuyên đề dạy học cần phải đảm bảo tuân thủ các nguyên tắc: Bám sát yêu cầu cần đạt của chuyên đề: yêu cầu cần đạt được cụ thể hóa trong chương trình Sinh học mới năm 2018); 25
33. Nội dung chính xác, đầy đủ: nội dung đảm bảo tính chính xác, tính sư phạm và tính hệ thống; sử dụng thuật ngữ Sinh học; Hình thức trình bày khoa học, logic. 2.1.2. Quy trình thiết kế tài liệu chuyên đề Căn cứ vào chương trình và SGK hiện hành, dựa trên cơ sở chuẩn kiến thức - kĩ năng - thái độ - năng lực theo thông tư mới, lựa chọn nội dung để xây dựng các chuyên đề dạy học phù hợp. Trong bước này, GV cần xác định tên (tên phải khái quát được nội dung của cả chủ đề và gắn liền với thực tiễn), mạch nội dung chuyên đề (liệt kê những nội dung chính, xác định mối quan hệ giữa các đơn vị kiến thức và chỉ rõ nội dung được tích hợp), xác định thời lượng (dạy học trong bao nhiêu tiết học, đã bao gồm dạy học cả trên lớp và ngoài giờ lên lớp). Để thiết kế được tài liệu chuyên đề đảm bảo về mặt chất lượng, GV cần bám sát vào quy tắc xây dựng chuyên đề. Quy trình thiết kế tài liệu chuyên đề được hệ thống hóa theo sơ đồ dưới đây: 1 Xác định yêu cầu cần đạt của chuyên đề 2 Tìm kiếm thông tin liên quan nội dung chuyên đề 3 Sắp xếp và xử lí thông tin 4 Viết bản thảo chuyên đề 5 Xin ý kiến chuyên gia 6 Hoàn thiện tài liệu Sơ đồ 2.2: Các bƣớc thiết kế tài liệu chuyên đề Bước 1: Mục tiêu cần đạt của chuyên đề được cụ thể trong chương trình Sinh học mới. Tập trung hình thành năng lực nhận thức kiến thức Sinh học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tìm tòi và khám phá dưới góc độ 26
34. Sinh học, năng lực vận dụng kiến thức sinh học để giải quyết những vấn đề thực tiễn. Bước 2: Thông tin được đưa vào chuyên đề cần tham khảo ở nhiều nguồn khác nhau ví dụ như sách báo; tài liệu tham khảo hay các webside đáng tin cậy (webside của chuyên gia hay cơ quan tổ chức, webside quốc tế), trao đổi với các thành viên trong tổ / nhóm chuyên môn để đảm bảo tính chính xác và nội dung phong phú Bước 3: Khi xác định được những nội dung cần đưa vào chuyên đề xong, GV cần xử lí thông tin theo mục đích của riêng mình và sắp xếp chúng sao cho hợp lí và logic (từng chương, từng mục), nội dung chuyên đề đáp ứng yêu cầu cần đạt. Bước 4: Viết bản thảo tài liệu chuyên đề dựa trên khung nội dung và ý tưởng sắp xếp. Ngôn ngữ viết tài liệu đơn giản, trong sáng. Bản thảo tài liệu theo kết cấu: trang bìa, mục lục, chương, các mục. Bước 5: Xin ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực về nội dung bản thảo: sau khi hoàn thiện bản sơ thảo nội dung tài liệu chuyên đề cần được đánh giá thông qua chuyên gia. Nội dung đánh giá gồm các tiêu chí: nội dung đúng, đủ, có yếu tố thực tế và trích dẫn đầy đủ, mức độ bám sát mục tiêu, sự phù hợp trong hình thức trình bày, sự phù hợp về kết cấu tài liệu, đáp ứng đủ yêu cầu về độ dài. Bước 6: Dựa trên góp ý từ chuyên gia hoàn thiện lại nội dung tài liệu chuyên đề. Có 2 trường hợp xảy ra: Trường hợp 1: tài liệu đã đạt yêu cầu, có thể sử dụng để thiết kế tiến trình tổ chức dạy học Trường hợp 2: tài liệu chưa đạt yêu cầu, từ yêu cầu chỉnh sửa của chuyên gia để tiến hành chỉnh sửa (thêm tài liệu, bớt tài liệu, sửa lỗi diễn đạt, bổ sung tư liệu thực tế, ) 2.1.3. Ví dụ minh họa Chủ đề 1. Xử lí rác thải 1.1. Vai trò của vi sinh vật trong xử lí rác thải 27
35. 1.2. Phân loại rác thải và các vi sinh vật phân giải các hợp chất 1.3. Các phương pháp và quá trình vi sinh vật xử lí rác thải 1.4. Kết quả: một số công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải. Chủ đề 2: Xử lí nƣớc thải 2.1. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình làm sạch nước 2.2. Phân loại nước thải và các khu hệ vi sinh vật trong nước thải 2.3. Các phương pháp xử lí nước thải 2.4. Kết quả: một số mô hình xử lí nước thải điển hình. Chủ đề 3 : Xử lí khí thải 3.1. Vai trò của vi sinh vật trong xử lí nước thải. 3.2. Nguồn gốc hình thành và các loại khí thải phổ biến. 3.3. Các phương pháp xử lí khí thải. 3.4. Kết quả: Một số mô hình xử lí khí thải điển hình. 2.2. Thiết kế hoạt động chuyên đề công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường Trong phạm vi KLTN, chúng tôi chọn PP dạy học dự án 2.2.1. Nguyên tắc thiết kế dự án dạy học chuyên đề - Bám sát mục tiêu chuyên đề - Bám sát nội dung chuyên đề - Vừa sức với học sinh - Có sản phẩm hoạt động 2.2.2. Quy trình thiết kế dự án dạy học chuyên đề 28
36. Xây dựng dự án Xác định mục tiêu của dự án Biên soạn ngân hàng câu hỏi, bài tập, tình huống Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học dự án Tổ chức dạy học và dự giờ Phân tích rút kinh nghiệm và dự giờ. 2.3.1.2.Kĩ năng : Rèn luyện được các kĩ năng sau: - Kỹ năng tư duy, kỹ năng giải quyết vấn đề - Kỹ năng khoa học : quan sát, phân loại, định nghĩa. - Kỹ năng sinh học: vận dụng kiến thức sinh học vào thực tiễn - Kỹ năng làm việc nhóm - Kỹ năng khảo sát thực địa thiên nhiên. 2.3.1.3.Thái độ - Học sinh có ý thức xử lí môi trường và tham gia tích cực vào phong trào xử lí môi trường. - Vận dụng kiến thức vào thực tiết để phát triển những công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường. Các bước trong dạy học dự án Để dạy học theo dự án, cần thực hiện các bước sau đây: Bƣớc 1: Chọn đề tài, chia nhóm Tìm trong chương trình học tập các nội dung cơ bản có liên quan hoặc có thể ứng dụng vào thực tế. Phát hiện những gì tương ứng đã và đang xảy ra trong cuộc sống. 29
37. Giáo viên phân chia lớp học thành các nhóm, hướng dẫn người học đề xuất, xác định tên đề tài. Đó là một dự án chứa đựng một nhiệm vụ cần giải quyết, phù hợp với các em, trong đó có sự liên hệ nội dung học tập với hoàn cảnh thực tiễn đời sống xã hội. Giáo viên cũng có thể giới thiệu một số hướng đề tài để người học lựa chọn. Bƣớc 2: Xây dựng đề cương dự án Giáo viên hướng dẫn người học xác định mục đích, nhiệm vụ, cách tiến hành, kế hoạch thực hiện dự án; xác định những công việc cần làm, thời gian dự kiến, vật liệu, kinh phí - Xác định mục tiêu học tập cụ thể bằng cách dựa vào chuẩn kiến thức và kĩ năng của bài học/chương trình, những kĩ năng tư duy bậc cao cần đạt được. - Việc xây dựng đề cương cho một dự án là công việc hết sức quan trọng vì nó mang tính định hướng hành động cho cả quá trình thực hiện, thu thập kết quả và đánh giá dự án. Bƣớc 3: Thực hiện dự án Các nhóm phân công nhiệm vụ cho mỗi thành viên. Các thành viên trong nhóm thực hiện kế hoạch đã đề ra. Khi thực hiện dự án, các hoạt động trí tuệ và hoạt động thực hành, thực tiễn xen kẽ và tác động qua lại với nhau; kết quả là tạo ra sản phẩm của dự án. Học viên thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau rồi tổng hợp, phân tích và tích lũy kiến thức thu được qua quá trình làm việc. Như vậy, các kiến thức mà người học tích lũy được thử nghiệm qua thực tiễn. Thực hiện dự án điều tra theo sự hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của giáo viên: - Sau khi thống nhất với ý tưởng dự án của học sinh, cung cấp cho HS tiêu chí đánh giá trong dự án. - Tạo điều kiện cho sự trao đổi thường xuyên cởi mở giữa HS với HS và với GV, luôn nhấn mạnh tầm quan trọng của hoạt động nhóm. 30
38. - Theo dõi sổ theo dõi sự án, định hướng, giúp đỡ HS trong quá trình thực hiện dự án. - Giúp học sinh chuẩn bị điều kiện vật chất cho việc thực hiện dự án. - Hướng dẫn, giúp đỡ học sinh chuẩn bị bài trình diễn. * Hoạt động của học sinh Làm việc nhóm để thống nhất ý tưởng dự án (theo dự án gợi ý của giáo viên hoặc HS tự đề xuất ý tưởng dự án) Đề xuất giải pháp: - Làm việc nhóm để đưa ra nhiệm vụ cần thực hiện - Phân công công việc cho cá nhân Thực hiện giải pháp: - Làm việc cá nhân, thực hiện nhiệm vụ đã phân công - Thường xuyên làm việc nhóm để tổng hợp kết quả từ các thành viên - Hoàn thiện sản phẩm, đáp ứng tiêu chí đánh giá đã được giáo viên cung cấp Bƣớc 4: Thu thập kết quả - Kết quả thực hiện dự án có thể được viết dưới dạng dạng ấn phẩm (bản tin, báo, áp phích, thu hoạch, báo cáo ) và có thể được trình bày trên Power Point, hoặc thiết kế thành trang Web - Tất cả học viên cần được tạo điều kiện để trình bày kết quả cùng với kiến thức mới mà họ đã tích lũy thông qua dự án (theo nhóm hoặc cá nhân). - Sản phẩm của dự án có thể được trình bày giữa các nhóm người học, giới thiệu trước lớp, trong trường hay ngoài xã hội. Bƣớc 5: Đánh giá dự án, rút kinh nghiệm - Giáo viên và người học đánh giá quá trình thực hiện và kết quả dự án dựa trên những sản phẩm thu được, tính khúc chiết và hợp lý trong cách thức trình bày của các em. 31
39. - Giáo viên hướng dẫn người học rút ra những kinh nghiệm cho việc thực hiện các dự án tiếp theo. - Kết quả dự án có thể được đánh giá từ bên ngoài. 2.3.2.3. Ví dụ minh họa : Dự án gợi ý của giáo viên Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS 18-2-2019 - Phát phiếu điều tra - Điền phiều điều tra 1-3-2019 - Chuẩn bị cơ sở vật chất, giới thiệu - Đặt tên nhóm, bầu với HS về dự án, chia nhóm HS, nhóm trưởng, thư kí, cung cấp sổ theo dõi dự án - Thảo luận, tìm ý tưởng cho dự án - Lập sơ đồ tư duy 15-3-2019 - Kiểm tra việc lập danh sách và - Thảo luận nhóm các bầu nhóm trưởng thư kí câu hỏi nội dung - Kiểm tra đưa ra các câu hỏi nội - Phân công công việc, dung, góp ý cho ý tưởng dự án của thực hiện các yêu cầu HS được giao - Yêu cầu học sinh hoàn thành bảng - Phân công công việc cho từng thành viên. - Cung cấp dự án tham khảo Xây dựng tiêu chí đánh giá và có chỉnh sửa phù hợp với năng lực của HS. Bảng 1.2. Dự án gợi ý của giáo viên và học sinh 32
40. Kết luận chƣơng 2 Trong chương này chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu nội dung kiến thức Sinh học lớp 11 nâng cao. Từ đó chúng tôi lựa chọn phần kiến thức phù hợp để tiến hành tổ chức DHDA với nội dung chuyên đề “Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường”. Trên đây là 3 dự án có thể thực hiện ở chương này. Để có cơ sở thực tiễn cho đề tài, chúng tôi đã tìm hiểu tình hình dạy học ở trường phổ thông trong chương 1. Tuy nhiên để khẳng định tính khả thi và hiệu quả của tiến trình đã soạn thảo, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm. Nội dung thực nghiệm sư phạm được trình bày ở chương 3. 33
41. Chƣơng 3 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học của chuyên đề cụ thể là: - Đánh giá tính khả thi của DHDA gắn với nội dung chuyên đề “Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường” đối với đối tượng THPT - Đánh giá hiệu quả của DHDA với nội dung chuyên đề “Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường” trong việc tích cực hóa hoạt động học tập của học sinh, từ đó có những sửa đổi, bổ sung cần thiết. 3.2. Đối tƣợng thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm được tiến hành với đối tượng là HS lớp 11A6 trường THPT Bến Tre- Phúc Yên- Vĩnh Phúc. Sĩ số lớp 11A6 là 40 học sinh, trong đó có 21 nữ và 19 nam Lớp đối chứng là lớp 11A7 trương THPT Bến Tre 3.3. Thời gian thực nghiệm sƣ phạm Thực nghiệm sư phạm tiến hành từ ngày 28-2-2019 đến ngày 04-04- 2019, gần cuối học kì I lớp 11, nghĩa là học sinh đã gần hoàn thành chương trình sinh học 11. 3.4. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm - Lớp thực nghiệm sư phạm do tôi trực tiếp giảng dạy - Tôi đã giới thiệu với HS về DHDA - HS được chia nhóm theo mức độ hứng thú với các lĩnh vực nghề nghiệp, có chú ý đến trình độ học tập của học sinh. Mỗi nhóm đều có nhóm trưởng và thư kí do nhóm tự bầu ra. - HS được hướng dẫn cách làm việc, bao gồm lựa chọn chủ đề, lập sơ đồ tư duy, lập kế hoạch dự án, phân công nghiệm vụ, thảo luận nhóm - Trong quá trình thực hiện dự án tôi thường xuyên trao đổi với học sinh. 34
42. Hình thức trao đổi chủ yếu là thảo luận nhanh tại lớp, trò chuyện qua mạng xã hội trực tuyến. Kết luận chƣơng 3 Sau đợt thực nghiệm sư phạm, thông qua việc tổ chức,theo dõi và phân tích diễn biến của các giờ thực nghiệm và các phương pháp thống kê, kiểm định tôi có những nhận xét sau : - Tiến trình dạy học được soạn thảo đã đạt được mục tiêu dạy học đề ra. Việc tổ chức dạy học dự án với nội dung chuyên đề “Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường” đã kích thích hứng thú học tập, làm cho HS rất tích cực, tự giác trong học tập. HS đã chủ động xây dựng kế hoạch thực hiện, tự đưa ra và thực hiện giải pháp, tự trình bày và tham gia đánh giá kết quả dự án. - Dự án giúp gắn kiến thức HS học được vào thực tiễn cuộc sống - Tổ chức DHDA cũng rèn luyện các kỹ năng tư duy và phát triển năng lực giải quyết vấn đề và một số kỹ năng cần thiết cho cuộc sống. - Các phân tích thực nghiệm trên đã khẳng định tính khả thi trong việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông nói chung và tính khả thi của việc tổ chức dạy học dự án gắn với nội dung chuyên đề “Công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường” nói riêng nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy và học. Tuy nhiên, tôi nhận thấy một số hạn chế, khó khăn đối với phương án dạy học đã soạn thảo: - Tốn thời gian nhiều hơn so với cách dạy học truyền thống nên khó đảm bảo yêu cầu về mặt thời gian quy định cho môn học - Phải sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại và sự đòi hỏi cao đối với người học về powerpoint và internet, cách khai thác tài liệu tham khảo . Nên cũng tạo thách thức với cả trường học và người học - Thực nghiệm chỉ tiến hành trên phạm vi hẹp, có tính đặc thù đối tượng, vùng miền nên cũng chưa thể khẳng định được tính hiệu quả với toàn bộ đối tượng HS THPT 35
43. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A. Kết luận Từ kết quả thu được của luận văn, đối chiếu với các nhiệm vụ đặt ra, tôi đã giải quyết được những vấn đề lí luận và thực tiễn sau: 1. Phân tích và làm rõ vai trò của dạy học theo chuyên đề 2. Vai trò của dạy học dự án 3. Quy trình dạy học theo chuyên đề 4. Quy trình dạy học dự án Do điều kiện về thời gian, năng lực và khuôn khổ của luận văn nên quá trình thực nghiệm chỉ tiến hành trên một lớp ở trường THPT Bến Tre nên việc đánh giá tính hiệu quả của tiến trình dạy học chưa có tính khái quát cao. Chúng tối sẽ tiếp tục đi sâu nghiên cứu và có những cải tiến để DHDA phát huy hiệu quả trong điều kiện dạy học ở nước ta. B. Kiến nghị Qua quá trình nghiên cứu chúng tôi có một số kiến nghị sau: Tại trường THPT tăng cường sinh hoạt chuyên môn, tích cực xây dựng chủ đề, chuyên đề trong dạy học. Tiếp tục tiếp cận chương trình đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục tới GV THPT. Tăng cường đầu tư về cơ sở vật chất, trang thiết bị để tạo điều kiện cho công tác dạy và học đạt hiệu quả cao khi thực hiện dạy học theo hướng tích cực. Bộ giáo dục, Sở giáo dục, các phòng ban và nhà trường luôn tạo điều kiện để GV có thể áp dụng được phương pháp dạy học theo hướng tích cực đặc biệt là dạy học chuyên đề được áp dụng phổ biến, rộng rãi. Do khả năng và điều kiện nghiên cứu có hạn, nên đây mới chỉ là những kết luận ban đầu sau khi thực nghiệm. Chúng tôi mong rằng đề tài sẽ tiếp tục được nghiên cứu rộng để những kết luận được khẳng định chắc chắn hơn về ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài. 36
44. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Lân Dũng , Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty 2002. Vi sinh vật học . NXB Giáo dục. 2. Nguyễn Lân Dũng VSV đất và sự chuyển hoá các hợp chất cacbon, nitơ NXB KH và Kỹ thuật Hà Nội 1984 3. Nguyễn Đức Lượng - Công nghệ VSV tập I, II NXB Đa Quốc gia TP HCM 4. Nguyễn Đức Lượng - Công nghệ VSV tập I, II NXB Đa Quốc gia TP HCM 5. Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy - Công nghệ xử lý nƣớc thải và chất thải rắn NXB KH & KT Hà Nội 2004 6. Trần Hiếu Khuê (Chủ biên) Trần Đức Hạ - Lê Hiếu Thảo - Giáo trình các quá trình vi sinh trong các công trình cấp thoát nƣớc. Trƣờng Đại học Xây dựng hà Nội 1994 7. Lê Xuân Phương - Vi sinh vật công nghiệp - NXB Xây dựng Hà Nội 8. Trần Thanh - Công nghệ vi sinh NXB Giáo dục Hà Nội 2000 9. Trịnh Thị Thanh - Độc học môi trƣờng và sức khoẻ con ngƣời - NXB Đại học Quốc gia Hà NỘi 2003 10. Trần Linh Thước, Phƣơng pháp phân tích vi sinh vật học trong nƣớc thực phẩm và mỹ phẩm, 2002, NXB giáo dục 11. Trần Cẩm Vân - Giáo trình VSV học môi trƣờng NXB ĐH Quốc gia Hà Nội 2003 12. Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường Sổ tay xử lý nƣớc Tập I, II XNB Xây dựng Hà nội 1999 13. Neil A. et al., 2008. Campbell. Xuất bản lần thứ 8. NXB Pearson Benjamin Cummings Hoa Kỳ. 14. Nguyễn Lăng Bình và Nguyễn Hương Trà (2017), Dạy học tích cực, một số phƣơng pháp và kĩ thuật dạy học, NXB Đại học Sư phạm, Tr.45
45. 15.Phạm Vân Ngọc (2012), Luận văn thạc sĩ khoa học Giáo dục, ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Đỗ Hƣơng Trà, Thư viện ĐHSP, tr8. 16. Nguyễn Thành Đạt (2008) , Sinh học 11, NXB Giáo dục.
46. PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phiếu điều tra dành cho GV và HS PHIẾU ĐIỀU TRA DÀNH CHO GIÁO VIÊN SINH HỌC THPT Thầy cô vui lòng cho biết ý kiến của mình về những vấn đề dƣới đây. Tất cả thông tin thu đƣợc chỉ dùng cho mục đích nghiên cứu. Câu 1: Theo thầy (cô), hình thức dạy học sự án theo phƣơng pháp nghiên cứu điều tra thực tiễn về nội dung Của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trƣờng dƣới đây có tầm quan trọng và đạt hiệu quả nhƣ thế nào ở trƣờng thầy (cô) đang công tác. Tầm quan trọng o Rất quan trọng o Khá quan trọng o Ít quan trọng Tính hiệu quả o Rất hiệu quả o Khá hiệu quả o Ít hiệu quả Câu 2: Thầy (cô) vui lòng cho biết tần suất tích hợp nội dung thực tiễn vào giờ dạy của mình: o Chưa bao giờ o Đã từng nhưng hiếm o Thinh thoảng o Thường xuyên Câu 3: Thầy (cô), những khó khăn chi cho học sinh thực hiện dự án nghiên cứu thực tiễn tại địa phƣơng trong môn sinh học là: ( có thể đánh dấu X vào nhiều ô trống) o Không đủ thời gian o Học sinh ít quan tâm o Nội dung chương trình không phù hợp o Chưa được bồi dưỡng về nội dung, phương pháp thực hiện Khó khăn khác, xin hãy nêu cụ thể
47. . Câu 4: Thầy cô vui lòng cho biết tần suất sử dụng các phƣơng pháp/hình thức/phƣơng pháp trong quá trình dạy học của mình: Sử dụng giáo cụ trực quan: Tranh Chưa Hiếm Thỉnh Thường ảnh, video, mô hình . bao giờ thoảng xuyên Tích hợp công nghệ thông tin Tổ chức cho học sinh làm việc nhóm Sử dụng các phương pháp, hình thức dạy học hiện đại Giao cho học sinh các nhiệm vụ mở, nhiệm vụ thực tiến Tổ chức cho học sinh đánh giá việc học của mình và các bạn, kết quả do học sinh tự đánh giá được tính vào điểm số của môn học Câu 5: Với dạy học dự án, nhận định nào sau đây là đúng nhất với thầy cô? o Chưa biết về dạy học dự án o Đã từng nghe đến, nhưng chưa biết rõ các tổ chức dạy học theo dự án o Đã từng tổ chức cho học sinh học theo dự án o Tổ chức học theo dự án đều đặn mỗi năm học. Câu 6: Theo thầy cô, dạy học dự án có phù hợp để tích hợp nội dung Của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trƣờng hay không? o Có o Không Xin cảm ơn sự hợp tác của thầy (cô) !
48. PHIẾU ĐIỀU TRA DÀNH CHO HỌC SINH THPT Em hãy cho biết ý kiến của mình về những vấn đề dƣới đây bằng cách đánh dấu X vào ô vuông và viết câu trả lời vào phần để trống( ).Thông tin của em chỉ để dùng cho mục đích nghiên cứu, không dùng cho bất cứ mục đích nào có thể ảnh hƣởng tiêu cực đến em. Câu 1: Em mong muốn việc dạy học sinh học đem lại cho bản thân những lợi ích gì?( em hãy đánh dấu X vào ô phù hợp mỗi hàng ngang) Rất Khá Không Không đúng đúng đúng đúng lắm Làm tốt các bài kiểm tra môn sinh học, đạy kết quả học tập tốt ( điểm cao) Kiến thức để thi đỗ tốt nghiệp THPT/ Thi đại học đạt điểm cao Kiến thức để vận dụng vào cuộc sống, công việc. Kỹ năng, phương pháp làm việc để vận dụng vào cuộc sống, công việc Câu 2: Cho biết ý kiến về việc học sinh học của bản thân em Rất Đồng ý Phân Không đồng ý vân đồng ý Em thích học sinh học Em tự tìm thông tin sinh học ngoài sgk và sách bài tập Em thường không tập trung trong giờ học sinh học Em thích học các kiến thực sinh học có
49. ứng dụng thực tế Em không mấy hứng thú với các nhiệm vụ được giao trong giờ học sinh học Em học sinh học rất vui Em thấy kiến thực sinh học khô khan, khó hiểu Sinh học gần gúi, có ý nghĩa với cuộc sống Em không tự tin khi học sinh học Em thích tự đánh giá kết quả học tập của mình Câu 3: Em hãy cho biết tần suất tiếp cận với phƣơng pháp, hình thức dạy học dƣới đây trong môn sinh học Chưa Rất Thỉnh Thường bao giờ hiếm thoảng xuyên Làm việc nhóm, trao đổi, thảo luận nhóm,làm bài tập theo nhóm) Theo các phương pháp, hình thức dạy học hiện đại( ví dụ: dạy học theo dự án, học theo góc ) Theo dự án Giáo viên giao các nhiệm vụ mở, nhiệm vụ gắn với thưc tiễn Học sinh tự đánh giá lực học của bản thân và của các bạn trong lớp.(kết quả do em đánh giá được GV tính vào điểm số môn học)
50. Câu 4: Em hãy tự đánh giá các kỹ năng hoặ khả năng của mình khi thực hiện nhiệm vụ đƣợc nêu dƣới đây: Em chưa Em cần Em có Em có thể thực GV thể tự thể tự hiện hướng thưc thực dẫn hiện hiện mới khi được 1 thực chưa cách hiện thành thành được thạo thạo Lập kế hoạch cho các nhiệm vụ học tập Vận dụng những điều đã học được vào thực tiễn Sử dụng sơ đồ tư duy để thể hiện ý tưởng Làm việc nhóm Thu thập và xử lí thông tin Thực hiện báo cáo một vấn đề Thuyết trình Đánh giá và tự đánh giá Sử dụng máy tính Câu 5: Sau khi học xong kiến thức vi sinh vật, em có gặp khó khăn gì trong việc thực hiện dự án tìm hiểu về môi trƣờng ở địa phƣơng và Của vi sinh vật trong xử lí môi trƣờng ở địa phƣơng em hay không? o Có o Không Nếu có: Lí do là:
51. Phụ lục 4: Phiếu xin ý kiến chuyên gia TRƢỜNG ĐHSP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT 2 NAM KHOA SINH - KTNN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc , ngày tháng năm PHIẾU XIN Ý KIẾN CHUYÊN GIA VỀ CHUYÊN ĐỀ: CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG (CHƢƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI) Nhằm cải tiến và nâng cao nội dung giảng dạy chuyên đề môn sinh học ở trƣờng phổ thông, xin mời chuyên gia cho ý kiến về các vấn đề liên quan tới nội dung và phƣơng pháp dạy học chuyên đề môn sinh học dƣới đây. I. Thông tin chuyên gia Họ và tên: Nơi công tác: Chuyên môn: SĐT: Email: II. Nội dung xin ý kiến 1. Nội dung chuyên đề 1.1. Mạch nội dung của chuyên đề 1.2. Tính thực tiễn của chuyên đề
52. 2. Cách thức tổ chức dạy học của chuyên đề 3. Năng lực mà học sinh có thể rèn luyện sau chuyên đề là: A. Năng lực giải quyết vấn đề B. Năng lực giao tiếp C. Năng lực nhận thức kiến thức sinh học về VI SINH VẬT D. Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn ( Ví dụ: biết cách phân loại rác thải, chế biến các sản phẩm tái chế từ rác thải và tìm hiểu được các Của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường ) 4. Thời gian tổ chức chuyên đề dạy học 5. Tính khả thi của chuyên đề A. Không sử dụng được chuyên đề B. Có thể sử dụng chuyên đề trong dạy học, cần phải sửa chữa C. Có thể sử dụng chuyên đề trong dạy học, không cần phải sửa chữa III. Các đề xuất, góp ý kiến khác Xin chân thành cảm ơn những đóng góp, ý kiến của chuyên gia!
53. Phụ lục 2: TÀI LIỆU CHƢƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MÔN SINH HỌC Ngƣời thực hiện : Phùng Linh Trinh Giáo viên hƣớng dẫn : An Biên Thùy CHUYÊN ĐỀ: CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG. Mục tiêu của chủ đề: “chủ đề vi sinh vật học được bố trí ở chương trình Sinh học lớp 10. Nội dung vi sinh vật học đã có ở các lớp dưới, chủ yếu là ở môn Khoa học tự nhiên. Tuy nhiên, học sinh được học nội dung này một cách hệ thống hơn ở lớp 10. Chuyên đề này giúp học sinh vừa học vừa nâng cao kiến thức vi sinh vật học, vừa biết phân tích những nội dung kiến thức sâu hơn làm cơ sở khoa học cho công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong lĩnh vự xử lý ô nhiễm môi trường – một vấn đề cấp bách đang được cả thế giới và Việt Nam quan tâm giải quyết. Chuyên đề nhằm tổ chức cho học sinh tìm hiểu quy trình công nghệ vi sinh trong xử lí một số chất thải phổ biến hiện nay ở Việt Nam.” MỤC LỤC. Mở đầu: Khái niệm công nghệ vi sinh vật. Chủ đề 1. Xử lí rác thải. 1.5. Vai trò của vi sinh vật trong xử lí rác thải 1.6. Phân loại rác thải và các vi sinh vật phân giải các hợp chất 1.7. Các phương pháp và quá trình vi sinh vật xử lí rác thải 1.8. Kết quả: một số công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải. Chủ đề 2: Xử lí nƣớc thải 2.1. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình làm sạch nước 2.2. Phân loại nước thải và các khu hệ vi sinh vật trong nước thải 2.3. Các phương pháp xử lí nước thải 2.4. Kết quả: một số mô hình xử lí nước thải điển hình. Chủ đề 3 : Xử lí khí thải
54. 3.1. Vai trò của vi sinh vật trong xử lí nước thải. 3.2. Nguồn gốc hình thành và các loại khí thải phổ biến. 3.3. Các phương pháp xử lí khí thải. 3.4. Kết quả: Một số mô hình xử lí khí thải điển hình. “Công nghệ vi sinh vật (Microbial Technology) là một bộ phận quan trọng trong Công nghệ sinh học, là một môn khoa học nghiên cứu về những hoạt động sống của vi sinh vật, nhằm khai thác chúng tốt nhất vào quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp. Những tiến bộ của công nghệ sinh học vi sinh vật ngày càng xâm nhập sâu trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người.” Chủ đề 1: Xử lí rác thải. 1.Vai trò của vi sinh vật trong xử lý rác thải - Xử lí rác thải bằng công nghệ vi sinh vật là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật phân hủy rác thải thành các thành phần nhỏ hơn, hình thành sinh khối vi sinh vật cao hơn, các sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật và các loại khí như CO2, CH4, Các quá trình chuyển hóa này có thể xảy ra ở điều kiện hiếu khí hay kị khí. - Việc lựa chọn các vi sinh vật xử lí rác thải cần dựa trên những nguyên tắc sau: Các chủng vi sinh vật phải có hoạt tính sinh học cao như khả năng sinh phức hệ enzyme cellulase cao và ổn định. Sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện thực tế của đống ủ. Có tác dụng cải tạo đất và có lợi cho thực vật khi sản xuất được phân ủ bón vào đất. Không độc cho người, cây trồng, động vật và vi sinh vật hữu ích trong đất. Nuôi cấy dễ dàng, sinh trưởng tốt trên môi trường tự nhiên, thuận lợi cho quá trình xử lí
55. Bảng 1.1. Nguồn gốc các loại chất thải Nguồn phát sinh Nơi phát sinh Các dạng chất thải rắn Thực phẩm dư thừa, giấy, Hộ gia đình, biệt thự, Khu dân cư can nhựa, thuỷ tinh, can chung cư. thiếc, nhôm. Nhà kho, nhà hàng, chợ, Giấy, nhựa, thực phẩm thừa, Khu thương mại khách sạn, nhà trọ, các thủy tinh, kim loại, chất thải trạm sửa chữa và dịch vụ. nguy hại. Giấy, nhựa, thực phẩm thừa, Cơ quan, công sở Trường học, bệnh viện, văn thủy tinh, kim loại, chất thải phòng, công sở nhà nước. nguy hại. Khu nhà xây dựng Công trình xây mới, sửa chữa nâng cấp Gạch, bêtông, thép, gỗ, dựng mở rộng đường phố, cao thạch cao, bụi ốc, san nền xây dựng. Rác vườn, cành cây cắt tỉa, Khu công cộng Đường phố, công viên, khu chất thải chung tại các khu vui chơi giải trí, bãi tắm. vui chơi, giải trí. Nhà máy xử lý nước cấp, Nhà máy xử lý nước thải và các quá trình Bùn, tro chất thải đô thị xử lý chất thải công nghiệp khác. Công nghiệp xây dựng, chế Chất thải do quá trình chế tạo, công nghiệp nặng, nhẹ, Công nghiệp biến công nghiệp, phế liệu lọc dầu, hoá chất, nhiệt và các rác thải sinh hoạt. điện. Nông nghiệp Đồng cỏ, đồng ruộng, vườn Thực phẩm bị thối rữa, sản
56. Nguồn phát sinh Nơi phát sinh Các dạng chất thải rắn cây ăn quả, nông trại. phẩm nông nghiệp thừa, rác, chất độc hại. Bảng 1.2. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại bãi chôn lấp của một số địa phương năm 2009 – 2010 Hà Hải Hải Loạ Hà Đà Bắc Nội Phòn Phòn Huế HCM HCM i Nội Nẵng Nin T (Na g g (Thủy (Đa (Phƣ chấ (Xuâ (Khá h T m (Trà (Đìn Phƣơn Phƣớ ớc t n nh (TT Sơn ng h g) c) Hiệp) thải Sơn) Hòa) Hồ) ) Cát) Vũ) Rác 53,8 60,7 57,5 56,9 1 hữu 55,18 77,1 68,47 64,50 62,83 1 9 6 0 cơ Giấ 2 6,53 5,38 4,54 5,42 1,92 5,07 8,17 6,05 3,73 y 3 Vải 5,82 1,76 4,57 5,12 2,89 1,55 3,88 2,09 1,07 4 Gỗ 2,51 6,63 4,93 3,70 0,59 2,79 4,59 4,18 – Nhự 13,5 11,2 5 8,35 14,34 12,47 11,36 12,42 15,96 9,65 a 7 8 Da và 6 0,15 0,22 1,05 1,90 0,28 0,23 0,44 0,93 0,20 cao su 7 Kim 0,87 0,25 0,47 0,25 0,40 1,45 0,36 0,59 –
57. Hà Hải Hải Loạ Hà Đà Bắc Nội Phòn Phòn Huế HCM HCM i Nội Nẵng Nin T (Na g g (Thủy (Đa (Phƣ chấ (Xuâ (Khá h T m (Trà (Đìn Phƣơn Phƣớ ớc t n nh (TT Sơn ng h g) c) Hiệp) thải Sơn) Hòa) Hồ) ) Cát) Vũ) loại Thủ 8 y 1,87 5,07 1,69 1,35 0,39 0,14 0,40 0,86 0,58 tinh Sàn 9 0,39 1,26 1,27 0,44 0,79 0,79 0,24 1,27 – h sứ Đất 27,8 10 và 6,29 5,44 3,08 2,96 1,70 6,75 1,39 2,28 5 cát Xỉ 11 3,10 2,34 5,70 6,06 – 0,00 0,44 0,39 – than Ngu 12 y 0,17 0,82 0,05 0,05 – 0,02 0,12 0,05 0,07 hại 13 Bùn 4,34 1,63 2,29 2,75 1,46 1,35 2,92 1,89 – Các loại 14 0,58 0,05 1,14 1,14 – 0,03 0,14 0,04 – khá c Tổn 15 100 100 100 100 100 100 100 100 g
58. Nguồn: Báo cáo Nghiên cứu quản lý chất thải rắn tại Việt Nam, JICA, 3/2011 và Báo cáo Dự án Tổng hợp, xây dựng các mô hình thu gom, xử lý rác thải cho các thị trấn, thị tứ, cấp huyện, cấp xã, 2006-2008. 1. Phân loại rác thải và các vi sinh vật phân giải các hợp chất 1.1. Phân loại rác thải 1.1.1. Rác thải sinh hoạt - Rác thải sinh hoạt bao gồm các loại giấy, túi nilon, các chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình và khu tập thể. 1.1.2.Rác thải nông nghiệp. - Rác thải nông nghiệp ngoài đồng ruộng bao gồm: Các vỏ thuốc trừ sâu, các chất hóa học - Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường do ngành sản xuất thuốc trừ sâu hóa học, cũng như do việc sử dụng nó trong nông nghiệp gây ra, đang là tâm điểm của nhiều nước. Do vậy các biện pháp phòng trừ và khắc phục hậu quả do ô nhiễm thuốc trừ sâu gây ra (đặc biệt là các biện pháp sinh học), đang được quan tâm chú ý. Về nguyên tắc, dư thừa lượng thuốc trừ sâu trong đất bị phân hủy bởi cộng đồng vi khuẩn và nấm khá nhanh. Thông thường độ độc của thuốc trừ sâu giảm mạnh sau giai đoạn biến đổi đầu tiên của chúng. Điều này cho phép xây dựng công nghệ xử lý ô nhiễm thuốc trừ sâu bằng vi sinh vật khá đơn giản. Quá trình phân rã thuốc trừ sâu được xúc tác bởi một số enzyme thủy phân ngoại bào của vi sinh vật như esterase, acylamidase và phosphoesterase. Ví dụ: enzyme parathiohydrolase do Pseudomonas SP. tổng hợp có khả năng phân hủy tới 94-98% dư thuốc trừ sâu paraythion. Hoạt độ của enzyme này phụ thuộc vào cấu trúc, độ ẩm và dung đệm của đất Do vậy, trong thực tế enzyme thể hiện hoạt độ phân ra parathion ở các điều kiện khác nhau thì khác nhau. Ngoài ra, hiện nay đã xuất hiện khả năng sử dụng enzyme nói trên ở dạng cố định trên các màng lọc để xử lý nước thải của các nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu hóa học hoặc để làm sạch nguồn nước dân dụng.
59. - Cần có sự tham gia của VSV phân hủy các chất diệt hại. VD : Chất diệt cỏ và chất trừ sâu. 2. Thời gian biến mất khỏi đất của một số chất diệt cỏ và chất trừ sâu Thời gian để biến mất 75- Chất 100% Các thuốc trừ sâu có gốc clo DDT [1,1,1 - tricloro - 2,2 - bis - (p - clorophnyl) 4 năm etan] Aldrin 3 năm Clodan 5 năm Heptaclo 2 năm Lindan (Hexacloroxyclohoxan) 3 năm Các chất diệt cỏ có gốc photphat hữu cơ Diazinon 12 tuần Malation 1 tuần Paration 1 tuần Các chất diệt cỏ 2,4 - D (axit 2,4 - dicloro - phenoxyaxetic ) 4 tuần 2,4,5 - T (axit 2,4,5 - tricloro - phenoxy - axetic) 20 tuần
60. Dalapin 8 tuần Atrazin 40 tuần Simazin 48 tuần Propazin 1,5 năm 2.1.3. Rác thải công nghiệp Rác thải công nghiệp hiện nay được coi là một vấn đề rất cấp thiết do lượng rác thải từ các khu công nghiệp quá nhiều và độc hại. 2.2. Các vi sinh vật phân giải các hợp chất 2.2.1. Các nhóm vi khuẩn và xạ khuẩn: Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ cellulose nhờ có hệ enzym cellulose ngoại bào nhưng chủ yếu là các chi thuộc nhóm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kị khí và các xạ khuẩn hiếu khí. 2.2.2. Các nhóm vi nấm: Vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn enzym có đầy đủ các thành phần. 2.2.3. Các vi sinh vật phân giải protein. - Trong môi trường rác ủ đống, nitơ tồn tại ở các dạng khác nhau, từ nitơ phân giải ở dạng khí cho đến các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể động, thực vật và con người. Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm như protein, axit amin. Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại trong đất. - Nhóm vi khuẩn chính phân giải protein là vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn nitrit hóa vi khuẩn cố định nitơ. - Nhóm vi khuẩn nitrit hoá bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên môi trường thạch.
61. 2.2.4. Vi sinh vật phân giải tinh bột - Trong rác bể ủ có nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột. “Một số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ enzym amilaza. Ví dụ như một số vi nấm bao gồm một số loại trong các chi Aspergillus, , Rhizopus. Trong nhóm vi khuẩn có một số loài thuộc chi Bacillus, Cytophaza, Pseudomonas Xạ khuẩn cũng có một số các chi Aspergillus, Fusarium, Rhizopus, có khả năng phân huỷ tinh bột. Đa số các vi sinh vật không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân huỷ tinh bột. Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó.” Ví dụ như các loài Apergillus candidus, Pasteurianum, Bacillus sublitis, B. Mesenterices, Clostridium, A. Oryzae chỉ có khả năng tiết ra môi trường một loại enzym amilaza. Các loài Aspergillus oryzae, Clostrinium acetobuliticum chỉ tiết ra môi trường enzyme amiolaza. Một số loài khác chỉ có khả năng tiết ra môi trường enzym gluco amilaza. Các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân huỷ tinh bột thành đường. Trong chế biến rác thải hữu cơ người ta cũng sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột để phân huỷ tinh bột có trong thành phần rác hữu cơ. Hình ảnh một số chủng vi sinh vật: candidus Bacillus sublitis Clostridium pastenisium 3. Các phƣơng pháp và quá trình xử lí rác thải hữu cơ
62. 3.1. Các phƣơng pháp 3.1.1 Ủ kị khí – anaerobic composting - Khái niệm: “là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ không có mặt của oxy (tinh bột, cellulose, lipit và protein), sản phẩm cuối cùng là khí CH4, CO2, NH3, một lượng nhỏ các loại khí khác, acid hữu cơ và sinh khối vi sinh vật.” - “Đây là phương pháp đã được áp dụng từ lâu, các rác thải hữu cơ được bổ sung thêm phân bùn và vi sinh vật phân giải, sau đó được ủ thành đống trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, độ xốp thích hợp, Sản phẩm thu được là các chất dễ tan, hỗn hợp các chất khí CH4, CO2, NH3, trong đó CH4 chiếm đại đa số.” - Trong quá trình xử lí phế thải yếm khí (lên men tạo khí methane). Có ba nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình: 1) Nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm thủy giải và lên men; 2) Nhóm vi khuẩn tạo H2 và acetic acid; 3) Nhóm vi khuẩn tạo khí methane tự dưỡng sử dụng H2. Các giai đoạn của quá trình sinh tổng hợp methan (Biogas).
63. - Giai đoạn thủy phân cơ chất: các thành phần hữu cơ của rác thải bị phân hủy dưới tác động của men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra để hình thành các hợp chất đơn giản (đường đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin, vi sinh vật tham gia vào giai đoạn này là Clostridium thermocellum. - Giai đoạn hình thành các axit hữu cơ: dưới tác dụng của enzym vi sinh vật, các chất hữu cơ dễ tan chuyển thành các axit hữu cơ (axit axetic, axit propionic, axit butyric, ), rượu etylic, rượu metylic, CO2, H2. Các vi sinh vật có mặt trong giai đoạn này là Bacteroides, Suminicola, Clostridium, Bifido bacterium. Các loài vi khuẩn tham gia: Hình: Hình ảnh của Bacillus Cereus. Giai đoạn hình thành methan: Các axit hữu cơ và các hợp chất khác chuyển thành CH4, CO2, O2, N2, H2,
64. Methanobacterium Methanococcus Methanosarcina
65. Sơ đồ lên men các hợp chất hữu cơ do các vsv kị khí. Các loại hầm lên men kị khí - Lên men chất hữu cơ theo mẻ. - Lên men chất hữu cơ liên tục: loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định, loại hầm sinh khí có nắp đậy di động, loại hầm sinh khí kiểu túi. Thu nhận các chất hữu ích từ lên men yếm khí: - Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của quá trình xử lí phế thải, là tái sử dụng các chất hữu cơ có trong phế thải. Nội dung của vấn đề này bao gồm hai khía cạnh: 1) Tách và cô đặc các chất hữu ích có trong phế thải; 2) Biến phế thải thành sản phẩm có ích. 3.1.2.Ủ hiếu khí - aerobic composting. - Khái niệm: “là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ có mặt của oxy sản phẩm cuối cùng là H20, CO2 và sinh khối vi sinh vật.” - Các mô hình công nghệ ủ hiếu khí hiện nay trên thế giới, phân loại theo nhiều cách: Theo trạng thái của khối ủ: tĩnh hoặc động. Theo phương pháp thông khí khối ủ: cưỡng bức hay tự nhiên. Theo đặc điểm hệ thống ủ: hệ thống mở hay kín, liên tục hay không liên tục. Các vi sinh vật tham gia: - Các nhóm vi sinh vật tham gia chuyển hóa vật chất hữu cơ trong quá trình ủ phân rác hiếu khí gồm các vi khuẩn hiếu khí, xạ khuẩn hiếu khí và các vi nấm hiếu khí. Một vài loài tiêu biểu: Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrospira, Thiobacillus,
66. Nitrospira Hoạt động của vi sinh vật trong đống ủ. - “Các quá trình sinh hoá diễn ra trong đống ủ rác chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống của chúng. Các loại vi khuẩn và nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải các hợp chất”. Các loại vi sinh vật phát triển tốt trong các điều kiện môi trường được xác định như bảng sau. Bảng. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật Yếu tố môi trường Khoảng xác định Nhiệt độ, 0C 0 - 70 Nồng độ muối, % NaCl 0 - 3 pH 1,0 - 1,2 Nồng độ oxi, % 0 - 21 Áp suất, mPa 0 - 115 Ánh sáng Bóng tối, ánh sáng mạnh Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải tại các đống ủ rác được chia thành ba nhóm chủ yếu sau: - Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 - 200C.
67. - Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 - 400C. - Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 - 700C. I. Tài liệu tham khảo - Giáo trình Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải, PGS. TS Lê Gia Hy. Nxb Giáo dục Việt Nam, 2010. - Giáo trình Quản lý và xử lý chất thải rắn, Ths Lê Minh Thành, khoa Kĩ thuật - công nghệ - môi trường, Đại học An Giang. - Luận án tiến sĩ sinh học Nghiên cứu các vi sinh vật phân giải xenluloza trong phân hủy rác thải hiếu khí và ứng dụng, 2001. - Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kĩ thuật lên men kị khí, Ngô Kế Sương, Nguyễn Lân Dũng. Nxb Giáo Dục, 1997. 2.1 Các qúa trình vi sinh vật phân hủy rác thải. Sơ đồ nguyên tắc phƣơng pháp ủ hiếu khí Chất sau CO và các -Nguyên Nhiệ 2 ủ chín liệ u Nƣớc khí khác . Hỗn hợp các chất -Phân hữu cơ chuồng đồng -Rơm rạ lót Oxy nhất. chuồng . Muối kháng -Thức ăn và vi thừa sinh vật -Carbon với thể
68. Sơ đồ chung của hệ thống xử lí rác thải bằng phƣơng pháp ủ hiếu khí: - Quá trình này thể hiện như sau: + Oxy hóa carbon hiếu khí: Chất hữu cơ + Vi sinh vật Tế bào vi + CO2 + H2O + (C,O,H,N) dị dưỡng sinh vật mới NH3 + kcal +Nitrat hóa hiếu khí: Giai đoạn 1: CO , CO, Vi sinh vật dị dưỡng Tế bào vi NO + Amon (Nitromonas) sinh vật mới H O+H+ 2 + + 2 2 Giai đoạn 2: CO2,CO + CO2, nitrit Vi sinh vật dị dưỡng + Tế bào vi NO2+ (Nitrobacter) sinh vật mới H2O Qua thực nghiệm cho thấy quá trình phân hủy rác thải hữu cơ bằng ủ hiếu khí thì cứ 400kg chất thải rắn cần 600kg nước và 180kg oxy sẽ chuyển hóa thành 250kg chất rắn, 245kg CO2 và nhiệt lượng thoát ra ngoài. 4. Kết quả: một số công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí môi trƣờng đất
69. 4.1. Ủ rác thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn (Windrow composting) “Đây là phương pháp cổ điển nhất, rác được chất thành từng đống có chiều cao khoảng 1,5-2,5m, hàng tuần đảo trộn hai lần, nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ là 550C. Quá trình ủ có đảo trộn kéo dài 4 tuần độ ẩm duy trì là 50-60%. Sau đó là 3 hay 4 tuần ủ không đảo trộn, trong giai đoạn này các loài nấm mốc và xạ khuẩn chuyển hóa các chất hữu cơ thành mùn. Ưu điểm của phương pháp là dễ thực hiện, nhược điểm là mất vệ sinh gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường xung quanh.” 4.2.Ủ rác thành đống không đảo trộn và thổi khí (Aeroted staticpile composting): Rác được ủ thành đống cao từ 2-2,5m, phía dưới có lắp đặt một hệ thống phân phối khí. Nhờ hệ thống phân phối khí mà quá trình chuyển hóa diễn ra nhanh hơn, nhiệt độ đống ủ được ổn định và phù hợp với sự phát triển của vi sinh vật. Chủ đề 2: Xử lí nƣớc thải/ làm sạch nƣớc. 1.Vai trò của vi sinh vật trong việc xử lí nƣớc thải và làm sạch nƣớc. - Các ao hồ, dòng sông cũng như một số vùng bờ biển luôn bị làm bẩn với các mức độ khác nhau do rác và nước thải của con người. Việc làm sạch các nguồn nước này có một ý nghĩa rất to lớn. Nhờ các quá trình này, các chất bẩn thường xuyên loại khỏi môi trường nước. - Ở đây các quá trình vật lý, hoá học như các hiện tượng sa lắng và oxy hoá giữ một vai trò quan trọng, song đóng vai trò quyết định vẫn là các quá trình sinh học. Tham gia vào các quá trình tự làm sạch này có rất nhiều loại sinh vật, từ các loại cá, chim đến nguyên sinh động vật và vi sinh vật. - “Ở chỗ nước thải đổ ra, nước còn đục, có rất nhiều rác cặn bẩn của thức ăn, thường tụ tập nhiều loài chim khác nhau và cả cá nữa. Chúng sẽ nhặt nhạn các mẫu thức ăn lớn và rác thải. Tuy vậy, chúng chỉ có thể sử dụng một phần rất nhỏ của các chất bẩn làm thức ăn. Các động vật bậc thấp mà trước hết là các ấu trùng của côn trùng, giun và nguyên sinh động vật có vai trò lớn hơn một chút, chúng có thể sử dụng các hạt nhỏ và cực nhỏ của thức ăn. Song vi
70. khuẩn và nấm giữ vai trò quyết định hơn cả. Chúng có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ tồn tại ở thể rắn cũng như hoà tan trong dung dịch nước, và phân giải chúng đến muối vô cơ, CO2 và H2O trong những trường hợp thuận lợi nhất của môi trường. Nói cách khác, trong những điều kiện thuận lợi của môi trường vi sinh vật có khả năng khoáng hoá một cách hoàn toàn nhiều chất bẩn hữu cơ.” - “Bên cạnh vai trò tích cực của các nhóm vi khuẩn, nấm mốc, trong nước thải còn có các loại tảo cũng đóng góp một phần quan trọng trong quá trình chuyển hoá các chất gây ô nhiễm môi trường khác. Trong nước thải, thông qua hoạt động sống của mình tảo cung cấp oxygen cho môi trường. Chúng còn tiết vào môi trường các chất kháng sinh, những chất này là vũ khí lợi hại diệt các mầm bệnh trong nước thải (đặc biệt là khu hệ vi sinh vật gây bệnh đường ruột). Đối với các vi sinh vật gây bệnh, tảo còn gây cản trở sự phát triển của chúng bằng cách gây kiềm hoá môi trường sống của một số vi khuẩn, cạnh tranh nguồn thức ăn đối với các nhóm vi khuẩn này. Ngoài ra tảo còn tiết một số chất có hoạt tính sinh học, giúp kích thích sự phát triển của một số vi sinh vật có lợi trong môi trường nước thải. Một đóng góp không thể không nhắc tới của tảo là một số trong chúng có khả năng hấp thụ mạnh các kim loại nặng (chì, cadimi ) và các tia phóng xạ.” 2. Phân loại nƣớc thải và các khu hệ vi sinh vật trong nƣớc thải. 2.1. Phân loại nƣớc thải 2.1. 1. Nước thải sinh hoạt : - “Là nước thải từ các khu tập trung dân cư. Nước thải này được sinh ra từ sinh hoạt như ăn uống, tắm giặt cũng như phân, nước tiểu con người hàng ngày thải ra được xả vào hệ thống cống rãnh của thành phố. Trong nước thải loại này có chứa nhiều phân, rác, các hợp chất hữu cơ và muối hoà tan, đặc biệt là chứa nhiều loại vi sinh vật gây bệnh , các loại trứng giun, sán Đây là loại nước thải phổ biến và có số lượng nhiều nhất. Mức độ ô nhiễm của loại nước thải này phụ thuộc vào nếp sống văn minh, trình độ dân trí của từng đô thị, của từng quốc gia.”
71. 2.1.2. Nước thải công nghiệp : - Là loại nước thải của một nhà máy hay khu công nghiệp tập trung với các loại hình sản xuất khác nhau : - Các nhà máy chế biến thực phẩm như đường, rượu bia, đồ hộp, sữa, giết mổ gia súc - Các nhà máy sản xuất nguyên vật liệu như giấy, xà phòng, công nghiệp dệt, công nghiệp hoá dầu, sản xuất các loại hoá chất - “Ở nước thải công nghiệp, ngoài việc chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ như protein, các dạng carbohydrate, dầu mỡ (từ công nghệ chế biến thực phẩm), hemicellulose, liginin (công nghiệp sản xuất giấy), còn có các hợp chất hoá học khó phân huỷ như các hợp chất vòng thơm có N, các alkyl benzensufonate (công nghiệp sản xuất bột giặt), các loại dung môi, các kim loại nặng như chì, thuỷ ngân ” 2.2. Khu hệ vi sinh vật trong nƣớc thải: Trong nhiều trường hợp, mỗi loại nước thải có một khu hệ vi sinh vật đặc trưng. Nước thải sinh hoạt chứa phân, nước rửa, tắm giặt, thức ăn thừa chứa rất nhiều vi khuẩn , trung bình từ vài triệu đến vài chục triệu cá thể trong 1ml. Trong đó chủ yếu là: - Vi khuẩn gây thối như Pseudomonas fluorescens, P. aeruginosa, Proteur vulgaris, Bac.cereur, Bac.subtilis, Enterobacter cloacae - Đại diện của các nhóm khác như vi khuẩn phân giải đường, tinh bột, cellulose, urea “Bên cạnh vi khuẩn, trong nước thải giàu chất hữu cơ cũng có chứa nhiều loại nấm men. Có thể dao động từ vài ngàn đến vài chục ngàn tế bào nấm men trong 1ml. Phổ biến nhất là đại diện của Saccharomyces, kế là Candida, Cryptococcus, Rhodotorula.” “Trong nước thải sinh hoạt cũng chứa nhiều bào tử cà sợi nấm mốc. Nấm mốc tiêu biểu là Leptomitus lacteus, Fusarium aquaeducteum. Giống như Sphaerotilus natans, ở những nơi ô nhiễm mạnh (như nhiễm dịch kiềm
72. fulite của công nghiệp chế biến gỗ), cácc giống nấm này phát triển rộ lên và tạo thành những đám nấm đáng sợ.” 3.Các phƣơng pháp xử lí nƣớc thải. 3.1. Xử lý nƣớc thải bằng biện pháp sinh học: Biện pháp sinh học để xử lý nước thải có thể làm sạch hoàn toàn các loại nước thải công nghiệp chứa các loại chất bẩn hoà tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy biện pháp này thường dùng sau khi loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi chất thải. Đối với nước thải chứa các tạp chất vô cơ thì biện pháp này dùng để khử các muối sulfate, muối ammonium, muối nitrate, tức là những chất chưa bị oxy hoá hoàn toàn. “Xử lý sinh học làm sạch nguồn nước cũng là một vấn đề không kém phần quan trọng so với làm sạch không khí, tuy nhiên nó có lịch sử lâu đời hơn nhiều trong việc áp dụng vào thực tiễn. Theo quan điểm của giải pháp kỹ thuật, nó cần vốn đầu tư ít hơn so với làm sạch không khí. Thiết bị làm sạch chỉ là các bể nước chảy, trong đó có sự tham gia của nấm và vi khuẩn (cả hiếu khí và kỵ khí) để phân rã các chất hữu cơ. Trong rất nhiều trường hợp dòng nước thải có chứa các kim loại nặng hoặc các chất hữu cơ khó phân hủy. Mục đích làm sạch nước thải là giải phóng các chất khoáng ở thể rắn hoặc lỏng và chất hữu cơ khỏi nước, trước khi nó chảy vào sông hoặc suối và tạo điều kiện để phân huỷ các chất hữu cơ bằng cách biến đổi chúng bằng enzyme thành các chất tan không độc với môi trường xung quanh.” “Hàm lượng các chất hữu cơ được phân rã bởi vi sinh vật được đánh giá theo chỉ số "tiêu thụ sinh học oxy" BOD. Đấy là số lượng oxy cần cho vi sinh vật để oxy-hoá vật liệu hữu cơ trong quá trình hô hấp. Thí dụ BOD5 có nghĩa là số lượng oxy (mg) cần cho vi sinh vật trong quá trình phân rã các chất hữu cơ thời gian 5 ngày. Chỉ số "tiêu thụ hóa học oxy" (COD) biểu thị số lượng oxy cần trong quá trình oxy hóa hóa học hoàn toàn các chất nói trên đến CO2 và H2O.”
73. Để làm sạch nước thải trong các hệ thống làm sạch người ta sử dụng các kỹ thuật xử lý khác nhau, tuy nhiên chúng đều hoạt động theo các giai đoạn sau: 1) Loại bỏ các hạt dễ lắng trong bể lắng cát ở hồ nước thứ nhất. 2) Oxy hóa bằng vi sinh vật các chất hữu cơ hòa tan với việc sử dụng bùn hoạt tính và biofilter. 3) Ủ phần cặn được loại bỏ từ hồ nước thứ nhất và thứ hai ở điều kiện yếm khí trong phần hầm biogas, kết quả nhận được khí methane và cặn. Từ cặn này sau khi loại nước ta sẽ nhận được compost và sử dụng nó để đốt hoặc làm phân. BẢNG 7.4 : Nồng độ giới hạn cho phép của các chất trong nƣớc thải (CCP) đƣa vào các công trình làm sạch bằng biện pháp sinh học. CCP (g/m3 nƣớ CCP*(g/m3 nƣớ TÊN CHẤT TÊN CHẤT c thải) c thải) Acid acrylic 100 Mỡ bôi trơn 100 Rượ amylic 3 Acid butyric 500 Aniline 100 Đồng (ion) 0,4 Acetalđehye 750 Metacrylamide 300 Acid benzoic 150 Rượu metylic 200 Acid Benzene 100 100 monochloacetic Vanadium (ion) 5 Arsen (ion) 0,2 Vinyl acetate 250 Nickel (ion) 1
74. Vinilinden 1000 Sản phẩm của dâu 100 chlorua Hydroquinol 15 Pyridine 400 Acid dichloacetic 100 Tributylphosphate 100 Dichlocyclohexan 12 Triethylamine 85 e Diethylamine 100 Trinitrotoluene 12 Triphenylphosphat Diethyleneglycol 300 10 e Caprolactan 100 Phenol 1000 Rezorcin 100 Formaldehyde 160 Amon rodanua 500 Chlobenzene 10 Chì (ion) 1 Toluen 200 Acid stearic 300 Sulphanole 10 Sulfur (theo H2S) 20 Antimon (ion) 0,2 Kerosene (dầu 500 Crezol 100 lửa) Lactonitryl 160 (*) : Ghi chú: CCP là nồng độgiới hạn cho phép của các chất (g/m3 nước thải)
75. Ngoài ra, các điều kiện của môi trường như hàm lượng O2, pH, nhiệt độ của nước thải cũng phải nằm trong một giới hạn nhất định để bảo đảm sự sinh trưởng, phát triển bình thường của các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý. 3.2 Xử lý nƣớc thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo: 3.2.1 Xử lý hiếu khí nƣớc thải : a. Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh học trong điều kiện hiếu khí : Khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, các chất thải có trong môi trường như các chất hữu cơ hoà tan, các chất keovà phân tán nhỏ sé được chuyển hoá bằng cách hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tiếp sau đó là giai đoạn khuếch tán và hấp thụ các chất bẩn từ mặt ngoài của tế bào vào trong tế bào quan màng bán thấm (tức màng nguyên sinh). Các chất vào trong tế bào dưới tác động của hệ enzym nội bào sẽ được phân huỷ. Quá trình phân giải các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong tế bào chất của tế bào sống là các phản ứng oxy hoá khử, có thể biển diễn ở dạng tổng quát như sau : b. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến môi trường xử lý - Để bảo đảm quá trình xử lý bằng biện pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí được tiến hành tốt, người ta theo dõi và điều chỉnh các yếu tố môi trường sau đây: - Oxygen (O2) : Trong các công trình xử lý hiếu khí, O2 là một thành phần cực kỳ quan trọng của môi trường. Công trình phải bảo đảm cung cấp đầy đủ lượng O2 một cách liên tục và hàm lượng O2 hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt hai không nhỏ hơn 2mg/l.
76. - Nồng độ các chất bẩn hữu cơ phải thấp hơn ngưỡng cho phép. Có nhiều chất bẩn hữu cơ nếu nồng độ quá cao, vượt quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của vi sinh vật tham gia xử lý, cần kiểm tra các chỉ số BOD và COD của nước thải. Cụ thể: hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt chảy vào công trình xử lý là bể lọc sinh học phải có BOD toàn phần (BODtp) ≤ 500mg/l, nếu dùng bể aeroten, thì BODtp không được quá 1000mg/l. Nếu nước thải có chỉ số BODtp vượt quá giới hạn nói trên, cần thiết phải dùng nước thải đã qua xử lý hay nước sông đã pha loãng. - Nồng độ các chất dinh dƣỡng cho vi sinh vật : Để vi sinh vật tham gia thực hiện các quá trình oxy hoá nước thải một cách có hiệu quả, cần thiết phải cung cấp cho chúng đầy đủ các chất dinh dưỡng trong môi trường sống. Lượng các chất dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh sản xảy ra bình thường không được thấp hơn giá trị nêu ở bảng 7.5. BẢNG 7.5 : Nồng độ các chất dinh dƣỡng cần thiết (Theo M.X. Moxitrep, 1982) Nồng độ BODtp của nƣớc Nồng độ nitrogen trong muối phosphortrong thải (mg/l) ammonium (mg/l) P2O5(mg/l) < 500500 - 1000 1525 368 c. Các dạng công trình xử lý hiếu khí nước thải: * Để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, thường sử dụng hai loại công trình là bể lọc sinh học (biofilter) và bể sục khí (aeroten). - Bể lọc sinh học (biofilter) : “Là thiết bị xử lý nước thải dựa theo nguyên tắc lọc với sự tham gia của vi sinh vật. Thiết bị này làm bằng bêtông có dạng hình tròn hay hình chữ nhật có hai đáy (hình 7.8). Đáy trên gọi là đáy dẫn lưu, được cấu tạo bằng bêtông cốt thép có thủng lỗ với tổng diện tích các lỗ thủng không nhỏ hơn 5 - 8%
77. diện tích của đáy. Đáy dưới được xây kín, có độ dốc nhất định (để nước dễ dàng chảy về một phía) và thông với bể lắng thứ cấp, là nơi nước thải sau khi xử lý xong đổ ra. Ở bể này nước được lưu lại một thời gian ngắn để được lắng cặn trước khi đổ ra ngoài hoà vào hệ thống thoát nước của thành phố. Chiều cao của bể lọc (hay chiều cao của cột nguyên liệu) sẽ phụ thuộc vào thành phần của nước thải cũng như khả năng oxy hoá của màng sinh vật.” . c. Bể sục khí (Aeroten): Ngoài việc dùng bể lọc sinh học, trong xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học ở điều kiện hiếu khí, người ta có thể sử dụng bể sục khí (aeroten). Xử lý nước thải bằng bể aeroten phức tạp và đòi hỏi nhiều công sức hơn so với bể lọc sinh học. Người ta phải theo dõi liên tục và kịp thời điều chỉnh các chỉ số sau: + Nồng độ bùn hoạt tính + Chế độ thông khí + Nồng độ các chất bẩn trong nước thải + Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật. 2.1.1. Xử lý kị khí nƣớc thải Quy trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện kỵ khí là quy trình sinh học phân huỷ một cách yếm khí các chất hữu cơ chứa trong nước thải để tạo thành khí CH4, các sản phẩm vô cơ kể cả CO2 và NH3. Quy trình này có những ưu điểm sau: - Nhu cầu về năng lượng không nhiều. - Ngoài vai trò xử lý nước thải, xử lí môi trường, quy trình còn tạo được nguồn năng lượng mới là khí sinh học, trong đó CH4 chiếm tỷ lệ 70 - 75%.
78. - Cũng như xử lý sinh học hiếu khí, ở quy trình này, bùn hoạt tính cũng được sử dụng làm tác nhân gây biến đổi thành phần của nước thải. Bùn hoạt tính được sử dụng ở đây có lượng bùn dư thấp, có tính ổn định khá cao, để duy trì hoạt động của bùn không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, bùn có thể tồn trữ trong thời gian dài. - Về mặt thiết bị: Công trình cấu tạo khá đơn giản, có thể làm bằng vật liệu tại chỗ với giá thành không cao. Bên cạnh những ưu việt nêu trên, cho đến nay quy trình xử lý sinh học kị khí cũng còn có nhưng hạn chế sau : - Quy trình này nhạy cảm với các chất độc hại, với sự thay đổi bất thường về tải trọng của công trình. Do vậy, khi sử dụng cần có sự theo dõi sát sao các yếu tố của môi trường. - Xử lý nước thải chưa triệt để, cần phải xử lý hiếu khí sau đó. “Thấy được những ưu điểm của loại quy trình này nên các nhà khoa học đã cố gắng đầu tư nghiên cứu từ quy mô pilot với các mô hình có khối tích nhỏ: 6m3, 30 m3, 200 m3 đến quy mô lớn. Đến nay đã có trên dưới vài chục nhà máy xử lý sinh học kỵ khí nước thải ở các nước như Hà Lan, Hoà Kỳ, Thuỵ Sĩ, Cộng hoà Liên bang Đức ” a.Quá trình chuyển hoá chủ yếu trong phân huỷ kỵ khí: - Quá trình thuỷ phân (Hydrolysis): “Muốn hấp thụ được các chất hữu cơ có trong nước thải, vi sinh vật phải thực hiện các công đoạn chuyển hoá các chất này. Việc đầu tiên là phải thuỷ phân các chất có phân tử lượng cao thành các polymer có phân tử lượng thấp và monomer. Vì chỉ khi đó các chất này mới có khả năng được hấp thụ qua màng tế bào vi sinh vật. Để thực hiện quá trình thuỷ phân, các vi sinh vật này phải có hệ enzyme các loại như proteinase, lipase, cellulase Sau thuỷ phân, các sản phẩm đố sẽ được tạo thành như các amino acid, đường, rượu, các acid béo mạch dài ” Quá trình thuỷ phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trường như nhiệt độ, pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải.
79. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kị khí : - Oxygen : Trong xử lý kị khí nước thải, oxygen được coi là độc tố đối với các vi sinh vật. Do đó lý tưởng nhất là tạo được điều kiện kị khí tuyệt đối trong bể xử lý. - Chất dinh dƣỡng : Chất dinh dưỡng có ảnh hưởng đến sự trưởng thành và phát triển của vi sinh vật, liên quan mật thiết đến các quá trình phân huỷ các chất hữu cơ chứa trong chất thải. Do đó việc cung cấp đầy đủ các dinh dưỡng cho vi sinh vật trong quá trình phân hủy nói trên là rất cần thiết. - Nhiệt độ: Nhóm các vi sinh vật kị khí có 3 vùng nhiệt độ thích hợp cho sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ, và ở mỗi vùng nhiệt độ sẽ thích hợp với mỗi nhóm vi sinh vật kị khí khác nhau. + Vùng nhiệt độ cao: 450C - 65 0C (thermophilic). + Vùng nhiệt độ trung bình : 200C - 450C (mesophilic) + Vùng nhiệt độ thấp : dưới 200C (psychrophilic). Hai vùng nhiệt độ đầu thích hợp cho hoạt động của nhóm các vi sinh vật lên men methane, ở vùng nhiệt độ này lượng khí methane tạo thành cao. Đối với vùng nhiệt độ cao (450C - 650C), để duy trì nhiệt độ này cần thiết phải cung cấp thêm lượng nhiệt, điều này sẽ gây tốn kém cho công trình, tính kinh tế của công trình xử lý sẽ bị hạn chế. Ở nước ta, nhiệt độ trung bình từ 200C - 320C, sẽ thích hợp cho nhóm vi sinh vật ở vùng nhiệt độ trung bình phát triển. - pH : “Trong quy trình xử lý kị khí, pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân huỷ các chất hữu cơ, cụ thể là ảnh hưởng đến 4 quá trình chuyển hoá của sự phân huỷ kị khí. Ví dụ : Khi nhiệt độ thay đổi hoặc khi thành phần nước thải thay đổi (do nạp mới vào công trình) thì nhóm vi sinh vật acid hoá thích nghi hơn so với nhóm vi sinh vật sinh methane. Khi pH giảm mạnh (ví dụ: pH < 6) sẽ làm giảm quá trình sinh khí CH4.”
80. - Các độc tố: Qua tìm hiểu đặc điểm sinh lý các vi sinh vật tham gia xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí, người ta nhận thấy: + Một số các hợp chất như CCl4, CHCl3, CH2Cl2 và các ion tự do của các kim loại nặng có nồng độ 1mg/l sẽ thể hiện tính độc đối với các vi sinh vật kị khí. + Các hợp chất như formadehyde, SO2, H2S với nồng độ 50 - 400mg/l sẽ gây độc hại với các vi sinh vật kị khí trong công trình xử lý. + S2- được coi là tác nhân gây ức chế quá trình tạo methane. Sở dĩ có lập luận này là do nhiều nguyên nhân khác nhau: S2- làm kết tủa các nguyên tố vi lượng như Fe, Ni, Co, Mo do đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, đồng thời, các electron giải phóng ra từ quá trình oxy hoá các chất hữu cơ sử dụng cho quá trình sulfate hoá và làm giảm quá trình sinh methane. + + Các hợp chất NH4 ở nồng độ1,5 - 2mg/l gây ức chế quá trình lên men kị khí. - Diễn biến của quá trình xử lý như sau: “Người ta cho nước thải chảy qua các khu ruộng đang canh tác hoặc những cánh đồng trống không canh tác được ngăn bờ tạo thành những ô thửa, hoặc cho nước thải chảy vào các ao, hồ có sẵn. Nước thải ở trong các thuỷ vực này sẽ thấm qua các lớp đất bề mặt, cặn sẽ được giữ lại ở đáy. Trong quá trình tồn lưu nước ở đây, dưới tác động của vi sinh vật cùng cac loại tảo, thực vật sẽ xảy ra quá trình oxy hoá sinhh học, chuyển hoá các hợp chất hữu cơ phực tạp thành các chất đơn giản hơn, thậm chí có thể bị khoáng hoá hoàn toàn. Như vậy, sự có mặt của oxygen không khí trong các mao quản của đất hoặc oxygen được thải ra do hoạt động quang hợp của tảo và thực vật sẽ là yếu tố quan trọng, cần cho quá trình oxy hoá nguồn nước thải. Càng xuống lớp đất ở dưới sâu lượng oxygen càng ít đi, vì vậy sẽ ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá, làm quá trình này giảm dần. Cuối cùng đến một độ sâu nhất định chỉ còn lại hoạt động của vi khuẩn gây quá trình khử nitrat.”
81. Các tác nhân gây bệnh trong nước thải: - Vi khuẩn gây bệnh thương hàn (Salmonella dysenteria) : Vi khuẩn này sống được trong nước tuỳ thuộc vào chất dinh dưỡng và nhiệt độ của nguồn nước. Thông thường sống được trong vòng 20 ngày vào mùa hè và 60 ngày vào mùa đông. - Vi khuẩn gây bệnh kiết lỵ (Shigella) : Sống tối đa 12 ngày ở 200C trong nước cống, và nhiệt độ càng thấp chúng càng sống lâu hơn. - Xoắn khuẩn (Leptospira) : Gây nên các chứng sưng gan, sưng thận và tê liệt hệ thần kinh trung ương. Chúng có thể sống tối đa 33 ngày ở 250C. - Trực trùng đường ruột (E. Coli): Có thể sống tối đa trong nước thải từ 9 đến 14 ngày ở 200C. - Vi khuẩn lao (Mycobacterium tuberculosis) : Cũng sống tối đa được 3 tuần trong nước thải. - Phẩy khuẩn tả (Vibrio cholcra) : Sống tối đa 13 ngày trong nước thải. - Các virus (Adenovirus, Echo, Coxsackie ) cũng có chu kỳ sống ngắn như các vi khuẩn. 4. Một số mô hình xử lý nƣớc thải điển hình. - Ở phương pháp xử lý bằng cánh đồng tưới và bãi lọc chức năng xử lý nước thải là chủ yếu, còn tác dụng phục vụ nông nghiệp (nước tưới cho cây trồng) là thứ yếu. - Ở biện pháp hồ sinh học thì ngoài nhiệm vụ xử lý bằng nước thải, biện pháp này còn phục vụ cho việc nuôi trồng thuỷ sản, cung cấp nguồn nước tưới cho cây trồng và giúp điều hoà dòng chảy của nước mưa trong hệ thống nước thải của các đô thị. - Ở các đô thị của Việt Nam có rất nhiều ao hồ, sông rạch, do vậy việc xử lý nước thải sinh hoạt thành phố bằng biện pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên là khá thích hợp. Biện pháp này ít tốn kém vốn đầu tư, việc bảo trì, vận hành khồn đòi hỏi có người quản lý thường xuyên.
82. - Bể tự hoại: “Đây là công trình xử lý nước thải loại nhỏ dùng cho từng hộ gia đình. Loại công trình này thực hiện hai chức năng: lắng và chuyển hoá cặn lắng của nước thải (chủ yếu là nước thải từ các nhà vệ sinh) bằng quá trình phân giải sinh học kị khí.” - Bể lắng hai vỏ: “Có nguyên tắc hoạt động và thực hiện hai chức năng tương tự như bể tự hoại, nhưng ở quy mô lớn hơn, xử lý nước thải với công suất lớn hơn.” - Bể methan cổ điển: “Được ứng dụng để xử lý cặn lắng (từ bể lắng) và bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải. Hầu hết các trạm xử lý nước thải của thành phố đều xử dụng loại công trình này.” - Bể lọc kị khí AF (Anaerobic Filter) : “Ở công trình này quá trình xử lý thực hiện qua vật liệu lọc để vi sinh vật kị khí dính bám vào và thực hiện quá trình chuyển hoá sinh hoá các chất hữu cơ chứa trong nước thải và đồng thời tránh sự rửa trôi của màng vi sinh vật.” - Bể xử lý sinh học kị khí với dòng chảy ngƣợc qua bông bùn hoạt tính UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): “Loại công trình này không có vật liệu đỡ (vật liệu học) như ở bể lọc kị khí AF. Ở đây các vi sinh vật kị khí liên kết và tập hợp lại thành đám lớn dạng hạt và có vai trò chủ yếu để chuyển hoá các hợp chất hữu cơ. Chúng đủ nặng để tránh hiện tượng rửa trôi ra khỏi công trình. Bể UASB có cấu tạo gồm hai ngăn: ngăn lắng và ngăn phân hủy. Bằng biện pháp thiết kế khá đặc biệt của ngăn lắng cùng với tính lắng tốt của bùn kị khí sử dụng trong công trình, người ta giải quyết được vấn đề lưu lại nồng độ sinh khối bùn cao trong bể và giảm được thời gian lưu nước.”
83. Hình 7.14 Hệ thống xử lí nước thải a. Hình chụp hệ thống xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí. Bể ở gần có thể nhìn rõ là bể lắng. Bể ở xa là bể lọc với những tia nước thải được tưới xuống các lớp vật liệu lọc (đá, cát ) b. Hình chụp hệ thống xử lí nước thải bằng phương pháp kị khí. Hệ thống các bể chứa nước thải và bùn hoạt tính. Phần lớn của bể nằm chìm dưới đất.
84. Chủ đề 3: Xử lí khí thải. 1.Vai trò của vi sinh vật trong việc xử lí khí thải. 2.Các loại khí thải phổ biến. 2.1.Thu nhận khí sinh học từ nƣớc thải và bùn thải 2.2.Thu nhận khí sinh học từ ngành công nghiệp và chế biến gỗ. 2.3. Thu nhận khí sinh học từ rác thải sinh hoạt 3.Nguồn gốc hình thành và các loại khí thải phổ biến. 3.1. Nguồn gốc hình thành khí thải. 3.1.1. Nguồn gốc tự nhiên Khí thải được tạo ra từ các hoạt động tự nhiên như: Núi lửa phun trào , cháy rừng Tuy vậy, chúng không tập trung ở một nơi mà phân bố đồng đều trên khắp thế giới. 3.1.2. Nguồn gốc từ hoạt động công nghiệp. Sản xuất công nghiệp được xem là nguồn chính phát sinh khí thải vào không khí. Mỗi năm, nền công nghiệp đưa vào không khí hàng tram triệu mét khối khí thải độc hại như CO2, CO và vô vàn bụ, bụi than.
85. 3.1.3. Nguồn gốc từ phƣơng tiện giao thông. Các loại phương tiện giao thông cũng là một nguồn lớn tạo ra khí thải gây ô nhiễm không khí, Mặc dù lượng khí không bằng hoạt động công nghiệp gây ra nhưng cũng ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường mà chúng ta đang sống. 3.1.4. Khí thải từ sinh hoạt. Khí thải cũng có thể phát sinh từ hoạt động đun nấu, đốt rác hàng ngày. Do đó nên hạn chế sử dụng nhiên liệu tạo ra khí CO2 bằng cách sử dụng các loại nhiên liệu xanh. 3.1.4.1 Các loại khí thải phổ biến hiện nay. - Khí SO2