Vẻ đẹp của những phép đo sáng tạo

Trong học tập và nghiên cứu khoa học, những phép đo là một phần quan trọng của công việc và quyết định rất lớn đến thành công của các dự án nghiên cứu khoa học. Ở các viện nghiên cứu, trung tâm đo lường hay phòng thí nghiệm của trường đại học, việc thực hiện các phép đo thử nghiệm sẽ thuận lợi và dễ thực hiện hơn rất nhiều so với ở trường học. Bởi vậy, những phép đo đơn giản, hiệu quả và thuyết phục trong điều kiện học tập bình thường của các em học sinh Trường THPT Lý Tự Trọng (Nam Trực, Nam Định) và Trường THPT Olympia (Hà Nội) đã được Tổ chức Bộ trưởng Giáo dục Đông Nam Á (SEAMEO) đánh giá cao và vinh danh tại cuộc thi và triển lãm giáo dục STEM ở Bangkok, Thái Lan hồi tháng Ba năm nay.

Dự án có tên “Mycelium Brick and Foam” - “Vật liệu xốp và gạch từ nấm” do hai em Nguyễn Hải Lâm, lớp 10A1 và Lưu Nhật Minh, lớp 11A2 của Trường THPT Lý Tự Trọng và Đỗ Quang Anh, lớp 12 của Trường THPT Olympia thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô giáo Đào Thị Hồng Quyên và cô giáo Trần Thị Dung.

Mục tiêu của dự án nhằm chế tạo loại vật liệu nhẹ, xốp, bền với nguồn nguyên liệu tận dụng từ phế phẩm nông nghiệp sinh ra trong quá trình sản xuất nấm sò, một loại nấm phổ biến ở Việt Nam. Vật liệu tái chế có tính ứng dụng cao như thay thế xốp trong bao gói sản phẩm, làm gạch nhẹ, tấm lợp, nhờ đó góp phần giảm thiểu rủi ro kinh doanh cho ngành sản xuất nấm ở địa phương.

Trong gần bốn tháng thực hiện Dự án, để khắc phục những vấn đề khó khăn do quy trình phức tạp và thiết bị đắt tiền, nhóm đã đề ra giải pháp khử trùng nấm bằng phương pháp lên men và không sử dụng khuôn tạo hình. Nhóm cũng tận dụng các sản phẩm phế thải từ sản xuất nông nghiệp (rơm, rạ, trấu) kết hợp với nguyên vật liệu dễ kiếm (cám, đá vôi) để nuôi trồng nấm sò.

Giai đoạn 1, nhóm chuẩn bị nấm sò và vật liệu làm giá thể hay môi trường nuôi cấy, tạo ba môi trường nuôi cấy lên men, thực hiện đo độ dài các sợi nấm để đánh giá quá trình sinh trưởng của hệ sợi nấm sò trên các loại giá thể, sau đó thu hoạch nấm.

Giai đoạn 2, nhóm tiến hành khảo sát đặc tính của vật liệu thu được (là ba loại giá thể bỏ đi sau khi thu hoạch nấm). Đầu tiên, nhóm nghiên cứu nhiệt độ sấy phù hợp. Các mẫu được sấy khô ở các nhiệt độ khác nhau, tính % khối lượng thu được sau sấy. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu các đặc tính của vật liệu sinh học sau khi sấy.

Các thí nghiệm quan sát sợi nấm trên kính hiển vi, đo đạc, sấy khô được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trường THPT Lý Tự Trọng; nhà riêng; phòng thí nghiệm Di truyền vi nấm - Khoa Sinh học - Trường ĐH Sư phạm Hà Nội; Viện hóa học – Viện hàn lâm KH&CN Việt Nam. Nhóm đã mang mẫu vật liệu sinh học đi đo các đặc tính vật lý của vật liệu. Tuy nhiên, do kích thước của các bịch giá thể nhỏ, hai trong ba chiều của miếng vật liệu từ nấm nhỏ hơn kích thước tiêu chuẩn tối thiểu của một mẫu vật liệu chuẩn để khảo sát nên không thu được kết quả.

Khó khăn không làm các em từ bỏ nghiên cứu, dù có lúc buồn nhưng nhóm vẫn tin tưởng sẽ thành công do tính ứng dụng cao của vật liệu. Tiếp tục cố gắng dưới sự hướng dẫn của giáo viên, nhóm đã tiến hành khảo sát các đặc tính của mẫu vật liệu từ nấm tại phòng thí nghiệm của Trường THPT Lý Tự Trọng. Các đặc tính được khảo sát gồm: độ bền cơ học, khả năng hấp thụ nước, khả năng phân hủy sinh học, khả năng chống va đập, khả năng bắt cháy, khả năng cách âm. Nhóm đề xuất và tiến hành các phép đo thử nghiệm như sau tại phòng thí nghiệm của ngôi trường nơi các em đang học:

1. Khảo sát độ bền cơ học của vật liệu

Độ bền kéo đứt là đặc tính chịu được lực kéo đứt vật liệu còn được gọi là ứng suất kéo cực đại; được biểu thị bằng megapascals (MPa). Độ giãn dài là biến dạng dài (sự tăng chiều dài) của mẫu thử; được tính bằng % chiều dài mẫu thử ban đầu (đơn vị mm). Kết quả, độ bền thu được trong khoảng 4.5 - 5.5 MPa. Trong đó công thức với mẫu dùng mùn cưa có độ bền khá tốt 5.5

2. Khảo sát khả năng hấp thụ nước

Mẫu vật liệu từ nấm sau khi sấy khô được ngâm nước 24 tiếng, sau đó vớt, để ráo một tiếng và cân lại. Khi đó, khả năng hấp thụ nước = (khối lượng sau ngâm - khối lượng ban đầu)/khối lượng ban đầu x 100%. Kết quả là vật liệu có khả năng hấp thụ nước dao động từ 76 - 189%, từ đây có thể gợi ý một số cách sử dụng vật liệu ngoài trời.

3. Khảo sát khả năng phân hủy sinh học

Đem thử khả năng phân hủy trong đất của vật liệu từ nấm thu được bằng cách chôn mẫu trong đất ở điều kiện thường đánh giá sự phân hủy bằng cảm quan trong 15 ngày. Kết quả là vật liệu có thể phân hủy một phần trong đất trong 15 ngày ở điều kiện thường.

4. So sánh khả năng chống va đập với vật liệu xốp

Dùng xốp và vật liệu từ nấm bọc ra ngoài 2 quả trứng với cùng quy cách. Mẫu thử và mẫu đối chứng được thả từ cùng một độ cao. Kiểm tra xem vỏ bọc và quả trứng ở hai trường hợp như thế nào, trứng bọc bằng vật liệu từ nấm có an toàn không.

5. So sánh khả năng bắt cháy với vật liệu xốp

Vật liệu từ nấm và xốp lần lượt được đốt trên ngọn lửa đèn cồn. Khả năng bắt cháy được đo bằng thời gian vật liệu bắt đầu cháy sau khi tiếp xúc với lửa (phút).

Kết quả, vật liệu xốp có thời gian bắt cháy 30 giây, vật liệu từ nấm là 85 giây.

6. So sánh khả năng cách âm

Vật liệu từ nấm và xốp được đặt cách nguồn âm (phát từ điện thoại) ở cùng một khoảng cách. Dùng app Sound meter đo cường độ âm (dB) để so sánh âm thanh thu được qua hai vật cách âm là nấm và xốp.

Kết quả, vật liệu từ nấm và xốp được đặt cách nguồn âm (âm thoát ra từ điện thoại 75dB) ở cùng một khoảng cách. Dùng App Sound meter đo cường độ âm (dB) thì thấy sau vật liệu từ nấm có cường độ âm là 56,6 dB, sau vật liệu xốp giá trị đo là 74,8 dB.

Với tinh thần không ngại khó, không bỏ cuộc, chủ động tìm ra những phương pháp khảo sát khả thi và sáng tạo trong thực hiện các phép đo, nhóm đã gặt hái được những kết quả tích cực ban đầu. Nhóm rất tự tin vào sản phẩm cũng như rút ra những bài học quý giá sau quá trình kiên định mục tiêu nghiên cứu, tự giải quyết vấn đề của chính mình. Đằng sau sự tự tin đó là sự đồng hành của giáo viên hướng dẫn và gia đình trong quá trình học tập: hướng dẫn học sinh nghiên cứu và phát triển ý tưởng, góp ý cho dự án hoàn thiện, phản biện những vấn đề còn tồn tại, đặc biệt là động viên các em khi gặp tình huống khó khăn.

Dự án “Vật liệu xốp và gạch từ nấm” đã giành chiến thắng ở hạng mục “Công nghiệp và sản xuất” tại SEAMEO – STEM-ED COMPETITION & EXPO 2023, góp phần chứng minh việc triển khai giáo dục STEM tại các trường THPT ở nông thôn Việt Nam trong điều kiện dạy học bình thường đã mang lại hiệu quả nhất định.

Dự án cũng là lời nhắc nhớ rằng, những ý tưởng đến từ học sinh, do học sinh chủ động thực hiện cần được động viên, khuyến khích và hỗ trợ, tạo điều kiện thực hiện, đặc biệt là cần được đánh giá đúng mực và khách quan để nuôi dưỡng động lực dạy và học của cả thầy, trò và nhà trường.