Hóa học là bộ môn khoa học thực nghiệm nên việc thực hành thí nghiệm giữ vai trò đặc biệt quan trọng như một bộ phận không thể tách rời trong quá trình giảng dạy. Phòng thí nghiệm là nơi học tập, nghiên cứu tuy nhiên ở đó cũng là nơi nguy hiểm nếu không tuân thủ quy tắc an toàn. Thực tế cho thấy tình trạng mất an toàn khi thực hiện thí nghiệm hoá học trong các trường học là rất cao, điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của giáo viên và học sinh và đây cũng là nguyên nhân làm nảy sinh tình trạng ngại thực hiện các thí nghiệm thực hành.

Xuất phát từ lý do trên, cùng với niềm đam mê nghiên cứu, sáng tạo 2 em học sinh trường Trung học Phổ thông Hoa Lư A đã chế tạo thành công một robot phục vụ cho các thí nghiệm hóa học và đã xuất sắc đạt giải Nhất Cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh Trung học năm học 2017-2018 khu vực phía Bắc.

Đặc thù riêng của bộ môn hóa học đó là lý thuyết phải gắn kiền với thực hành. Chính vì vậy mà những giờ học bên những dụng cụ thí nghiệm đối với các em học sinh trường Trung học Phổ thông Hoa Lư A trở nên thực sự hào hứng, bởi sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực hành giúp các bạn học sinh lĩnh hội kiến thức nhanh hơn và sâu hơn. Mặc dù vậy, quá trình tiến hành các thí nghiệm của bộ môn này sẽ gặp rất nhiều khó khăn: Lớp học đông thường phải chia thành nhiều nhóm và mỗi nhóm giáo viên bộ môn phải chuẩn bị một bộ dụng cụ và hóa chất như nhau để tiến hành cùng một thí nghiệm. Điều này không chỉ gây tốn kém mà  giáo viên bộ môn còn khó giám sát toàn bộ học sinh trong lớp học. Hiện tại, phòng thực hành thí nghiệm của nhà trường còn thô sơ, chưa được trang bị các thiết bị cần thiết để xử lý khi có sự cố, trong khi đó các chất dùng trong giờ học thí nghiệm toàn là những chất độc hại, dễ gây cháy nổ. Quá trình tiến hành thí nghiệm các em học sinh phải tiếp xúc trực tiếp bằng tay với các dụng cụ đựng hóa chất.

Các phản ứng hóa học thường tạo ra các khí độc hại như SO2; H2S; H2SO4 là những khí độc hại khi hít vào sẽ gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Ngoài lo ngại về vấn đề sức khỏe đối với học sin, giáo viên bộ môn còn cho biết với tính hiếu động của lứa tuổi học trò, sự không tuân thủ nội quy, quy định của một vài học sinh nhiều nguy cơ xảy ra tai nạn trong giờ thực hành. Chính vì vậy, giáo viên bộ môn đã phải hạn chế việc tiến hành các thí nghiệm độc hại.

Thầy giáo Nguyễn Văn Thắng - Trường THPT Hoa Lư A nhận xét: với những thí nghiệm gây độc như tạo khí SO2 thì sẽ hạn chế vì với thí nghiệm này các em lấy không đúng liều lượng sẽ gây nổ và thí nghiệm này không để các em tự tiến hành. Những hạn chế trong thực hành bộ môn hóa học của nhà trường đã hoàn toàn được khắc phục khi sử dụng cánh tay robot cho các thí nghiệm hóa học là dự án của hai em học sinh của nhà trường là em Đỗ Hữu Toàn và em Giang Quốc Hoàn lớp 12A.

Robot độc đáo và ấn tượng này được ứng dụng vào việc trợ giúp học sinh thực hành môn hóa học mà không phải tiếp xúc trực tiếp với hóa chất độc hại. Robot gồm một hộp kính trong như một phòng thí nghiệm thu nhỏ. Cánh tay robot có chức năng lấy các hóa chất trong lọ, tay máy di chuyển các chiều khác nhau đến vị trí bất kỳ trong lồng kính, hệ thống hút, đẩy bằng xilanh được điều khiển để hút và hòa trộn các dung dịch. Sử dụng động cơ động cơ servo để  điều khiển các khớp của cánh tay rotbot chuyển động quay đến các vị trí khác nhau trong thiết bị để gắp đổ các chất hóa học, có chức năng như một cánh tay của con người, thay thế con người làm những công đoạn phức tạp và nguy hiểm.

Người tiến hành thí nghiệm có thể sử dụng phần mềm trên điện thoại Android hoặc máy tính để nhập phương trình phản ứng, nhập các hóa chất và dung lượng cần sử dụng trong thí nghiệm. Dữ liệu từ phần mềm của các thiết bị này sẽ được phân tích và gửi đến hệ thống vi xử lý thông qua Bluetooth hoặc cáp kết nối và điều khiển hoạt động của động cơ Servo điều khiển tay robot thực hiện các thao tác thí nghiệm một cách chính xác, an toàn theo lập trình. Robot thí nghiệm hóa học còn được lắp các module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, nhiệt độ chất lỏng... thiết bị này giúp thu thập các thông tin về môi trường, giám sát các thông số trong quá trình làm thí nghiệm, để biết được phản ứng có sinh nhiệt hay không? Có  thoát khí không? Đồng thời đưa ra cảnh báo đối với người thực hành thí nghiệm, có thể biết trước được phản ứng sẽ xảy ra nguy hiểm và dừng lại.

Việc sử dụng robot trong các thí nghiệm hóa học ngoài đảm bảo an toàn cho con người còn bảo vệ môi trường và giảm chi phí cho việc đầu tư mua hóa chất. Nếu như trước kia cùng một thí nghiệm phải thực hành 4 lần thì sử dụng robot chỉ tiến hành một lần, các bước thí nghiệm sẽ được trình chiếu trên máy chiếu học sinh có thể dễ dàng quan sát, phục vụ việc giảng dạy được trực quan và hiệu quả nhất.

Giờ đây, các tiết thực hành của bộ môn hóa học tại nhà trường thực sự trở nên lý thú hơn đối với các giáo viên và học sinh. Tất cả các thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp đều có thể tiến hành nhờ sử dụng robot, các thí nghiệm được đưa vào lớp học đều rất trực quan, tự động, chính xác và an toàn. Robot được hai học sinh chế tạo đã đưa ra những kết quả đúng với thực tế, học sinh quan sát thí nghiệm trực quan nhất.

Được biết từ lúc hình thành ý tưởng đến khi hoàn thành dự án hai học sinh Đỗ Hữu Toàn, Giang Quốc Hoàn chỉ có khoảng thời gian hơn 6 tháng để nghiên cứu, sáng tạo. Từ những kiến thức của môn vật lý, tin học, hóa học được học trong nhà trường, các em còn mày mò, học hỏi trên nhiều kênh khác nhau để áp dụng trong quá trình chế tạo robot. Bên cạnh đó, các em còn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhà trường và của các thầy cô giáo.

Theo thầy giáo Nguyễn Mạnh Tú, người đã đồng hành cùng các em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện dự án thì việc sáng tạo robot này không chỉ giúp ích trong thực hành bộ môn hóa học mà với sự đam mê nghiên cứu của các em thì sản phẩm này có thể ứng dụng rộng rãi hơn đối với các môn học như giải phẫu sinh học, hay các lĩnh vực y khoa. Hy vọng sau khi đã nắm vững công nghệ hoạt đông của cánh tay robot các em sẽ mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực mới hơn làm sao để thay thế con người giải quyết những công việc khó khăn.

Xác định việc nghiên cứu khoa học trong đội ngũ giáo viên và học sinh là nhiệm vụ trọng tâm của nhà trường, những năm gần đây, trường THPT Hoa Lư A đã có nhiều giải pháp nhằm khuyến khích, động viên tạo sức lan tỏa của phong trào. Nhiều đề tài sáng kiến của giáo viên và học sinh đã được ghi nhận tại các hội thi cấp trường. cấp tỉnh và có tính ứng dụng cao trong thực tiễn nhất là trong công tác giảng dạy, học tập. Thầy giáo Hoàng Hải Nam - Hiệu trưởng Trường THPT Hoa Lư A phát biểu: Chúng tôi cũng đã phát động cuộc thi cấp trường qua đó lựa chọn những đề tài xuất sắc. Động viên hỗ trợ mọi mặt, chính vì thế mà năm học này nhà trường đạt được một giải Nhất cuộc thi cấp Quốc gia.

Thành tích đạt được qua phong trào nghiên cứu khoa học đã góp phần không nhỏ trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy của nhà trường. Để phát huy những thành tích đó, thời gian tới trường THPT Hoa Lư A sẽ tiếp tục nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên, chú trọng đổi mới phương pháp giảng dạy trong đó một phần không thể tách rời là gắn hoạt động giảng dạy học tập với nghiên cứu khoa học. Qua đó sẽ giúp học sinh yêu thích khoa học, đam mê tìm tòi khám phá, tạo động lực mạnh mẽ để các em nghiên cứu, nuôi dưỡng và phát triển, biến các ước mơ, ý tưởng khoa học thành các sản phẩm hiện thực hữu ích cho học tập và trong cuộc sống./.

Đông Hà