Trong giáo án STEM môn Sinh học dưới đây, người học sẽ tiến hành thí nghiệm “sinh sôi trong chiếc lọ” bằng cách nuôi trồng thực vật phù du trong phòng thí nghiệm. Qua đó, người học sẽ tìm hiểu thêm về môi trường sống của thực vật phù du và tầm quan trọng của chúng trong cuộc sống.
Chuyên đề giáo án STEM: Sinh học và sự thay đổi của khí hậu
Bậc học: Tiểu học (Lớp 4-5), THCS (Lớp 6-8) THPT (9 -12)
Mục tiêu chính
Bài học này sẽ được tiến hành với 2 mục tiêu chính:
- Mô phỏng sự nở hoa của thực vật phù du trong tự nhiên ở quy mô nhỏ hơn trong phòng thí nghiệm.
- Để đánh giá mức độ nở hoa của thực vật phù du hay nói cách khác là khả năng sinh trưởng của chúng đối với các loại chất dinh dưỡng được pha chế với thành phần và tỉ lệ khác nhau. Bên cạnh đó, người học còn có thể đánh giá về sự khác biệt sinh khối với các mức độ khác nhau của đầu vào chất dinh dưỡng.
Kiến thức tích hợp
Thực vật phù du
Thực vật phù du là các sinh vật sống bằng cách tự dưỡng, dị dưỡng và hỗn hợp. Thông thường chúng sống thành một tập hợp, vì quá nhỏ bé nên ta không thể thấy chúng ở dạng cá thể riêng biệt. Ví dụ một số thực vật phù du phổ biến như Tảo cát, Tảo, Vi khuẩn lam… Để có thể sinh trưởng và phát triển tốt chúng cần có ánh sáng và chất dinh dưỡng (như N, P, Fe). Chúng có đóng góp to lớn vào quá trình quang hợp và sản xuất sơ cấp chính các hợp chất cacbon tạo nên chuỗi thức ăn trong môi trường thủy sinh và biển.
Thực vật phù du nở hoa
Là biểu hiện của sự tích tụ nhanh chóng với số lượng lớn của các thực vật phù du có khả năng quang hợp trong nước. Chúng thường có màu xanh lục hoặc nâu và chúng sống trong tầng nước bề mặt để có đủ ánh sáng của đại dương, biển, hồ hoặc các khu vực nước khác. Vì vậy, đôi khi bạn sẽ thấy hiện tượng “nở hoa” của thực vật phù du khi trên bề mặt nước bị phủ xanh/ nâu. Hiện tượng “nở hoa” chỉ xảy ra khi thực vật phù du sống trong môi trường có đầy đủ các chất dinh dưỡng như: nitrat, photphat và sắt.
Hướng dẫn thí nghiệm sinh sôi trong chiếc lọ
Bước 1: Chuẩn bị 8 lọ thủy tinh dùng trong thí nghiệm, có chia vạch 800ml – 1000ml. Sau đó phân làm 2 nhóm, mỗi nhóm 4 lọ, đánh dấu trên lọ lần lượt từ 1 đến 4:
Nhóm 1: Cho 500ml nước sông vào mỗi lọ.
- Lọ 1: Chỉ có nước sông
- Lọ 2: Cho thêm 1.2ml dung dịch FeCl3, 1ml NH4Cl (muối Amoni chloride), 0.8ml K2HPO4 (muối kali axit photphat).
- Lọ 3: Cho thêm 38.26µl (1 microliter = 1⁄1000000 lít) phân bón nước bất kỳ, 1.2ml dung dịch FeCl3.
- Lọ 4: Cho thêm 382.6µl phân bón nước bất kỳ, 12ml dung dịch FeCl3.
Lưu ý: Một giọt từ Dropper = 40 microliters. Ví dụ: 38.26µl = 1 giọt, 1.2ml = 30 giọt.
Nhóm 2: Cho 500ml nước biển vào mỗi lọ.
- Lọ 1: Chỉ có nước biển
- Lọ 2: Cho thêm 1.2ml dung dịch FeCl3, 1ml NH4Cl (muối Amoni chloride), 0.8ml K2HPO4 (muối kali axit photphat)
- Lọ 3: Cho thêm 38.26µl phân bón nước bất kỳ, 1.2ml dung dịch FeCl3.
- Lọ 4: Cho thêm 382.6µl phân bón nước bất kỳ, 12ml dung dịch FeCl3.
Bước 2: Dùng giấy nhôm che kín miệng lọ, dán nhãn thành phần hỗn hợp có trong lọ trên mỗi lọ để dễ theo dõi. Sau đó, đem tất cả 8 lọ đặt ở nơi có ánh nắng mặt trời, thông thoáng và khô ráo và quan sát quá trình thay đổi, chụp hình sản phẩm và ghi lại thời gian cụ thể, những thay đổi đã xảy ra.
Ngày 1: Thông thường sẽ chưa có thay đổi gì.
Kết quả thí nghiệm ngày 1.
Ngày 8: Bắt đầu có thay đổi nhỏ, sinh vật phù du bắt đầu hình thành và phát triển vẫn chưa có hình dáng và màu sắc rõ ràng. Đánh dấu (Dấu cộng) vào hình chụp những lọ có thay đổi.
Kết quả thí nghiệm ngày 8.
Sau 3 tháng: Sinh vật phù du đã có hình dáng và màu sắc rõ ràng.
Kết quả thí nghiệm sau 3 tháng.
Cận cảnh thực vật phù du được nuôi trong phòng thí nghiệm.
Bước 3: Đánh giá và nhận xét
Kết quả môi trường cho sinh vật phù du phát triển tốt nhất được đề xuất trước là hỗn hợp gồm: 500ml nước sông + 38.26µl phân bón nước bất kỳ + 1.2ml dung dịch FeCl3.
Câu hỏi
- Thực vật phù du sinh trưởng tốt nhất trong môi trường như thế nào?
- Tiến trình phát sinh trưởng và phát triển của chúng ra sao khi thay đổi tỉ lệ các chất dinh dưỡng nitrat, photphat và sắt và ánh sáng.
- Thực vật phù du có vai trò gì? Chúng ta có nên tạo môi trường cho chúng phát triển không hay chúng nên bị “tiêu diệt”?
Các thách thức
- Hoạt động diễn ra trong một thời gian dài, tối thiểu 3 tháng, vì vậy yêu cầu sự kiên nhẫn và chăm chỉ quan sát từ người học.
- Trong quá trình chuẩn bị mẫu vật cũng cần sự tỉ mỉ để phân chia tỉ lệ đúng, đem lại kết quả chính xác.
- Khả năng sinh trưởng và phát triển của thực vật phù du còn chịu ảnh hưởng bởi nhiệt và ánh sáng nên người học phải đảm bảo điều kiện môi trường nuôi phù hợp.
Tiêu chí đánh giá
- Nuôi dưỡng thành công thực vật phù du trong phòng thí nghiệm.
- Có kết quả và đưa ra được đánh giá cũng như phân tích được môi trường nào sẽ tốt nhất để thực vật phù du sinh trưởng và phát triển.
- Hiểu được vai trò và tầm quan trọng của thực vật phù du trong môi trường sống.
Quan sát kết quả thực hành
Thực vật phù du có khả năng sinh sống và phát triển khá mạnh mẽ ngay trong môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, chúng vẫn phụ thuộc vào một số yếu tố như: điều kiện ánh sáng, nhiệt độ và các chất dinh dưỡng (nitrat, photphat và sắt). Chúng có vai trò quan trọng trong điều tiết khí hậu và môi trường khi chúng góp mặt vào phân nửa trong tổng số các hoạt động quang hợp trên Trái Đất. Tuy nhiên, việc để chúng phát triển tràn lan cũng đem lại một số bất lợi nhỏ như: ảnh hưởng đến không gian sống của sinh vật khác, ô nhiễm môi trường khi chúng chết đồng loạt…
Sylvan Learning Việt Nam hy vọng với giáo án STEM về hoạt động STEM học đường “sinh sôi trong chiếc lọ” sẽ giúp người học có giờ học thú vị. Qua đó có thể hiểu thêm về thực vật phù du cũng như nâng cao hơn là kiến về những nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi khí hậu ngày nay.
