(SKKN HAY NHẤT) tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ

Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu PHẦN 1: ĐẠT VẤN ĐỀ I.1 Lí chọn đề tài Hố học mơn khoa học mà nghiên cứu nghiên cứu cấu tạo chất, nguyên tử, phân tử phản ứng hóa học diễn kích thước vi mơ mà mắt thường khơng thể nhìn thấy được, giảng dạy hóa học, ngồi thí nghiệm, người ta buộc phải dùng mơ hình kích thước thơng thường, để từ trực quan mơ bên ngồi mà suy tính chất cấu tạo bên Vì thế, khẳng định rằng, mơ hình mơ phỏng, đồ dùng dạy học cần thiết cho giảng dạy hóa học Đồ dùng dạy học hóa học đóng vai trị quan trọng, vừa nội dung vừa phương pháp dạy học hiệu Thông qua mơ hình, đồ dùng dạy học, kiến thức truyền tải cách xác, tự nhiên, khách quan, sinh động, tạo hứng thú cho người dạy người học Tuy nhiên, trường phổ thông nay, đồ dùng phục vụ cho dạy học nói chung, đồ dùng phục vụ cho dạy học hóa học nói riêng số lượng chất lượng Việc sử dụng đồ dùng giở học đạt hiệu thấp đồ dùng lạc hậu, lắp đặt cồng kềnh, chí nhiều thời gian học Vì vậy, dẫn đến việc dạy học hạn chế, chủ yếu truyền thụ kiến thức mặt lý thuyết, hàn lâm Để khắc phục tình trạng này, địi hỏi giáo viên phải thường xuyên thiết kế sử dụng mô hình, đồ dùng dạy học để học sinh có điều kiện tiếp cận lĩnh hội kiến thức cách chủ động Mong muốn thiết kế đồ dùng dạy học hóa học với tiêu chí gọn nhẹ, dễ lắp đặt, phản ánh nhiều đặc tính đối tượng cần mơ phỏng, đặc biệt có tính tự động hóa cao, dễ sử dụng, tạo hứng thú cho người dạy người học – ưu điểm mà mơ hình, đồ dùng trước khơng có Từ tơi chọn đề tài: “Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu cơ” I.2 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu đề tài + Điều tra thực trạng việc thiết kế sử dụng mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học + Điều tra say mê, hứng thú mơn hóa học sinh + Thiết kế vận dụng mơ hình, đồ dùng vào dạy học hóa học LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 Cơ sở lí luận thực tiễn II.1.1 Xu hướng phát triển mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học Việc thiết kế mơ hình, đồ dùng dạy học trọng, khuyến khích phát triển theo xu hướng sau: - An tồn cho người sử dụng, thân thiện với mơi trường - Chuyển từ mơ hình, đồ dùng dạng tĩnh sang dạng động, từ mô đơn giản sang tinh vi, tự động hóa nhiều hơn, sát với thực tế đối tượng mơ để tăng tính xác, khách quan thơng tin, kích thích khám phá mơ hình, đồ dùng dạy học mang lại - Dễ thiết kế, dễ sử dụng, giá thành thấp - Góp phần xây dựng phát triển kĩ quan sát, thu thập, xử lí thơng tin, dần hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học II.1.2 Sử dụng mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học Có thể sử dụng mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học theo nhiều cách : Đưa vào tiết dạy, kiểm tra, đánh giá, cho nhà nghiên cứu, thiết kế, hoạt động ngoại khóa… Mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học giúp cho việc truyền tải kiến thức cách xác, tự nhiên, khách quan, sinh động, tạo hứng thú cho người dạy người học Ý nghĩa mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học: - Phát triển lực nhận thức, rèn luyện tư từ thực tế đến lí thuyết, từ cấu tạo đến tính chất, từ cụ thể, thực tiễn đến tư trừu tượng, tạo điều kiện cho việc học gắn liền với thực tế, tạo hứng thú học tập - Giúp học sinh mở rộng hiểu biết, có thói quen liên hệ thực tiễn với lý thuyết, vận dụng chúng để nghiên cứu, phát triển lẫn kiểm chứng cho - Xây dựng phát triển kĩ quan sát, thu thập, hướng dẫn, xử lí thơng tin, dần hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học - Giáo dục tư tưởng, đạo đức, tác phong lao động: Rèn luyện tính kiên nhẫn, trung thực, sáng tạo, khoa học, tính kỉ luật, tổ chức… II.1.3 Thực trạng việc thiết kế sử dụng mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học trường THPT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu - Chúng trực tiếp điều tra giáo viên dạy mơn hóa học, học sinh trường THPT địa bàn huyện Thanh Chương thấy việc sử dụng đồ dùng dạy học hóa học hạn chế số lượng chất lượng Từ nội dung cho thấy cần thiết phải tăng cường nghiên cứu, thiết kế sử dụng mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học trường THPT II.2 Thiết kế mơ hình số phân tử hợp chất hữu II.2.1 Cấu trúc phân tử thiết kế mơ hình II.2.1.1 Cấu trúc phân tử etin (axetilen) Trong phân tử etin C2H2, nguyên tử cacbon C trạng thái lai hóa sp Góc trục obitan lai hóa sp 180° Mỗi nguyên tử cacbon dùng obitan lai hóa sp để xen phủ với nhau, obitan lai hóa sp lại để xen phủ với obitan 1s nguyên tử H, xen phủ tạo thành liên kết sigma σ Mỗi ngun tử cacbon cịn có obitan 2p vng góc với vng góc với trục nối tâm nguyên tử Chúng dùng obitan xen phủ với đôi một, xen phủ hình thành hai bên trục nối tâm nguyên tử, tạo hai liên kết pi π có mặt phẳng bổ dọc vng góc với cắt trục nối tâm ngun tử Chính cấu trúc nên phân tử etin, có nguyên tử H quay quanh trục lên kết cách tương đối tự (khi có lực tác động) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu II.2.1.2 Cấu trúc phân tử eten (etilen) Trong phân tử eten C2H4, nguyên tử cacbon trạng thái lai hóa sp 2, nghĩa nguyên tử cacbon dùng obitan 2s obitan 2p để tổ hợp thành obitan giống nhau, hướng đỉnh tam giác Góc chúng 120° Mỗi nguyên tử cacbon dùng obitan lai hóa sp2 để xen phủ với nhau, obitan lai hóa sp2 cịn lại xen phủ với obitan 1s nguyên tử H, xen phủ hình thành trục nối tâm hai nguyên tử, tạo thành liên kết sigma σ (phân tử C2H4 phẳng) Mỗi ngun tử cacbon cịn có obitan 2p để xen phủ với tạo liên kết pi π có mặt phẳng bổ dọc vng góc với mặt phẳng phân tử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Chính cấu trúc nên phân tử eten, có nguyên tử H quay quanh trục liên kết cách tương đối tự (khi có lực tác động), nguyên tử cacbon (thực chất nhóm CH2) dao động quay góc nhỏ quanh trục liên kết C=C, trở trạng thái phẳng II.2.1.3 Cấu trúc phân tử etan Trong phân tử etan C2H6, nguyên tử cacbon trạng thái lai hóa sp 3, có obitan lai hóa hướng bốn đỉnh tứ diện đều, góc chúng 109°28 Mỗi nguyên tử cacbon dùng obitan lai hóa sp3 để xen phủ với nhau, obitan lai hóa sp3 cịn lại để xen phủ với obitan 1s nguyên tử H, xen phủ hình thành trục nối tâm nguyên tử, tạo thành liên kết sigma σ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Hình ảnh mơ phân tử etan dạng xen kẽ dạng che khuất Với cấu trúc trên, dẫn đến phân tử etan, nguyên tử H quay quanh trục liên kết cách tương đối tự (khi có lực tác động), đồng thời nhóm nguyên tử CH3 có khả đó, khơng dễ dàng (do có lực đẩy cấu dạng che khuất) Điều có nghĩa cấu dạng xen kẽ bền cho phân tử etan II.2.1.4 Cấu trúc phân tử etanol Trong phân tử etanol, phần C2H5 giống phân tử etan Ngồi cịn có nhóm OH với oxi có lai hóa sp3, obitan lai hóa chứa đôi electron ghép đôi chưa tạo liên kết đẩy mạnh obitan lai hóa cịn lại nên góc C-O-H khoảng 1070 Trạng thái bền phân tử etanol O H C thứ xen kẽ với H C số 2, đồng thời H OH hướng xa C số LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Hình ảnh mơ phân tử etanol trạng thái bền II.2.1.5 Cấu trúc phân tử etanal Trong phân tử axit etanal, phần CH3 giống phân tử etan Ở nhóm CH=O, C O có lai hóa sp2 nên góc liên kết C xấp xỉ 1200 Trạng thái bền phân tử axit etanal H nhóm CH=O nằm xen kẽ với H CH3, đồng thời H OH hướng xa C số Hình ảnh mơ phân tử etanal II.2.1.6 Cấu trúc phân tử axit etanoic Trong phân tử axit etanoic, phần CH3 giống phân tử etan Ở nhóm COOH, C O C=O có lai hóa sp nên góc liên kết chúng xấp xỉ 120 0, O nhóm OH có lai hóa sp3, obitan lai hóa chứa đôi electron ghép đôi chưa tạo liên kết đẩy mạnh obitan lai hóa cịn lại nên góc C-O-H khoảng 1070 Trạng thái bền phân tử axit etanoic O nhóm OH nằm xen kẽ với H CH3, đồng thời H OH hướng xa C số LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Hình ảnh mơ phân tử axit etanoic II.2.1.7 Cấu trúc phân tử bezen Trong phân tử benzen C6H6, tất nguyên tử cacbon trạng thái lai hóa sp2 Mỗi nguyên tử cacbon dùng obitan lai hóa sp2 để xen phủ với obitan tương tự nguyên tử cacbon bên cạnh tạo thành khung cacbon mà nguyên tử cacbon nằm đỉnh lục giác đều, obitan lai hóa sp cịn lại xen phủ với obitan 1s tử H, tạo thành liên kết sigma σ (phân tử C6H6 phẳng) Mỗi ngun tử cacbon cịn có obitan 2p vng góc với mặt phẳng phân tử, chúng xen phủ với thành hệ thống liên kết pi π liên hợp khép kín vịng benzen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Chính cấu trúc nên phân tử benzen, có nguyên tử H quay quanh trục liên kết cách tương đối tự (khi có lực tác động), cịn ngun tử cacbon (thực chất nhóm CH) dao động quay góc nhỏ hai phía mặt phẳng phân tử, trở trạng thái phẳng II.2.1.8 Cấu trúc phân tử phenol Phân tử phenol C6H5OH gồm hai phần Phần thứ C 6H5 thường gọi “nhân benzen” có cấu trúc giống benzen, phần thứ hai OH, giống OH etanol CH3CH2OH, góc liên kết C-O-H khoảng 1080 Hình ảnh mô phân tử phenol Với cấu trúc trên, dẫn đến phân tử phenol có nguyên tử H quay quanh trục liên kết cách tương đối tự (khi có lực tác động), nguyên tử cacbon (thực chất nhóm CHO nhóm CH) dao động quay góc nhỏ hai phía “mặt phẳng nhân benzen”, trở “trạng thái phẳng”( phần C6H5O có cấu trúc gần phẳng) Với nhóm OH có khả quay quanh trục liên kết C-O (khi có lực tác động) khó so với nguyên tử H (gần giống OH etanol), sau trở trạng thái mà nguyên tử H hướng khỏi “mặt phẳng nhân benzen”, tức tâm ba nguyên tử nhóm COH nằm mặt phẳng vng góc với “mặt phẳng nhân benzen” II.2.2 Chuẩn bị vật liệu Vật liệu dùng để thiết kế gồm loại sau: Các cầu nhựa: Có thể dùng bóng nhựa cũ, bóng ném, bóng bàn hỏng, gồm có loại lớn (mơ ngun tử cacbon), loại vừa (mô nguyên tử oxi) nhỏ (mô nguyên tử hiđro) có kích cỡ bán kính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu tương đương tỉ lệ r1/r2/r3 = 1,45/1,25/1 (tỉ lệ bán kính nguyên tử cacbon/ bán kính nguyên tử oxi/ bán kính nguyên tử hiđro) 2.Các nam châm trịn bán kính khoảng ½ lần bán kính cầu loại nhỏ Có thể tìm nam châm loa hỏng quán sửa chữa điện, điện tử 3.Một sơn màu đen, trắng màu đỏ 4.Một kim loại thép li, nan hoa (tăm) cũ xe đạp, xe máy, keo dính, đế gỗ II.2.3 Các thơng số kích thước, khoảng cách a Các thơng số kích thước, khoảng cách nguyên tử, phân tử Bán kính nguyên tử H: 0,53 Å Bán kính nguyên tử C: 0,77 Å Bán kính nguyên tử O: 0,66 Å Khoảng cách nguyên tử phân tử: Etin R CC R CH R OH R CO R C=O Eten Etan Etanol Etanal Axit Etanoic Benzen Phenol 1,212Å 1,337Å 1,523Å 1,523Å 1,509Å 1,509Å 1,395Å 1,395Å 1,090Å 1,100Å 1,113Å 1,113Å 1,113Å 1,113Å 1,100Å 1,100Å 0,972Å 0,942Å 1.338Å 1,402Å 1,208Å 0,972Å 1,355Å 1,208Å b Các thơng số kích thước, khoảng cách mơ hình Bán kính cầu mơ ngun tử H: 2,50 cm Bán kính cầu mô nguyên tử C: 3,65 cm Bán kính cầu mơ ngun tử O: 3,15 cm Khoảng cách ngun tử mơ hình phân tử: 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu E tin R ten R ,18cm ,19cm E E tanol ,31cm ,14cm CH E tan ,72cm CC E tanal ,25cm ,12cm ,12cm ,25cm R xit enzen Etanoic ,18cm A ,25cm R ,58cm ,19cm ,19cm ,58cm ,58cm ,61cm CO 44cm OH henol ,58cm ,25cm P B ,31cm R ,70cm C=O ,39cm ,70cm Số đo (trung bình) góc: H -C-H H -C-C 09,5 H -C=C 09,5 H -O-C 20 C -C-O 07 C -C=O 09,5 O -C=O 20 20 II.2.4 Tiến hành thiết kế II.2.4.1 Xử lí, gia cơng vật liệu Dùng hai đoạn ngắn ống nhựa phi 60 làm cốt cacbon Mỗi ống nhựa dán kín đầu miếng nhựa tròn, phẳng đầu gắn nam châm (sấp) xen kẽ với nam châm (ngửa) tạo thành vòng tròn bên miếng nhựa trịn để làm cốt Trên ống nhựa cốt có gắn chốt kim loại cách làm chốt định vị Một hai cốt gắn hãm kéo ra, thu vào, cốt khoét lỗ đủ cho hãm quay góc định (dùng làm giảm góc quay quanh trục C-C eten, etin), sơn đen hai cốt gọi cốt C Dùng hai đoạn ngắn ống nhựa phi 42 làm cốt oxi Gắn nửa nam châm đối xứng tâm cốt O1, cốt lại gọi cốt O2, cần sơn đỏ cho hai cốt 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Thiết kế mơ hình C, O, H Dùng bóng nhựa cỡ lớn, kht lỗ trịn bóng cho vừa cốt C Trên bóng nhựa sau lắp cốt, xuyên tâm (qua tâm bóng tâm cốt C) để gắn trục nối bóng nhựa gần vị trí cốt C(trục gọi trục C-C) Trong bóng nhựa, gắn lỗ cắm cho góc có nhìn từ tâm bóng đến tâm cốt lỗ cắm có giá trị khoảng 109,5 (các lỗ cắm nhóm 1), gắn thêm lỗ cắm vào bóng cho góc có nhìn từ tâm bóng đến tâm cốt lỗ cắm có giá trị khoảng khoảng 1200 (các lỗ cắm nhóm 2) đố có lỗ cắm nhóm lỗ cắm nhóm gần Tiếp theo, dùng nam châm gắn quanh lỗ cắm liền kề hai bóng tạo thành vịng trịn ta mơ hình ngun tử C1, gọi ngun tử C1, mơ hình cịn lại gọi ngun tử C2 Sau sơn đen hồn thành mơ hình nguyên tử cacbon C1 C2 Dùng bóng cỡ trung bình làm mơ hình ngun tử oxi Kht lỗ trịn bóng cho vừa cốt O, bóng nhựa sau lắp cốt O, xuyên tâm (qua tâm bóng tâm cốt O) để gắn trục nối với mơ hình ngun tử cacbon (trục gọi trục C-O) Một hai bóng nhựa, gắn lỗ cắm cho lỗ cắm tạo với trục C-O góc khoảng 107 ta mơ hình ngun tử oxi thứ nhất, gọi ngun tử O1, mơ hình ngun tử oxi lại gọi nguyên tử O2, cần sơn đỏ cho nguyên tử O1 O2 Dùng bóng nhỏ làm mơ hình ngun tử hiđro Xun tâm bóng để sau lấy nan hoa gắn vào nguyên tử C, nguyên tử O, sơn trắng ta mơ hình ngun tử H Dùng bóng nhựa cỡ lớn làm mơ hình ngun tử C vịng benzen Mài vát bóng, xun lỗ để gắn vào vịng thép Bên trong, vị trí kề hai bóng gắn nam châm đối diện nhau, đỉnh ngồi bóng tạo lỗ cắm để sau gắn nguyên tử C, H, tạo khung vòng benzen Một bóng (nên chọn bóng nằm hai bên) gắn thêm nửa nam châm tạo thành vòng quanh lỗ cắm giúp định vị cân OH phenol, mơ hình ngun tử cacbon gọi ngun tử Cb1, sơn đen mơ hình ta mơ hình nguyên tử C benzen 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Thiết kê vòng benzen Dùng nan hoa cắt bớt cho chiều dài đủ làm trục C-C, C-O, C=O, CH, O-H, trục đứng cho phân tử chứa cacbon (etin, eten, etan, etanol, etanal, axit axitetanoic), làm trục đứng khung cho phân tử chứa cacbon (bezen, phenol) Để làm cho phận cần thiết quay biểu diễn ta dùng môtơ nhỏ chạy nguồn pin 1,5 v có gắn bảng mạch điều khiển từ xa (tận dụng từ xe điều khiển hỏng trẻ em) gắn vào trục đứng phân tử chứa cacbon, gắn vào trục nguyên tử O1 II.2.4.2 Cách lắp ráp II.2.4.2.1 Cách lắp ráp mô hình phân tử etan Dùng trục đứng lắp nguyên tử C1, C2 cho nguyên tử C gắn tương đối chặt với trục ( môtơ làm tục quay nguyên tử C quay theo), lắp vào nguyên tử C nguyên tử hiđro lỗ cắm nhóm Ở mơ hình này,các nguyên tử H quay quanh trục liên kết C-H, cụm nguyên tử CH3 quay quanh trục liên kết C-C (khi có lực tác động từ bên ngồi), sau phân tử etan tự động trạng thái bền (xen kẽ - nhìn theo trục liên kết C-C thấy ba nguyên tử hiđro cacbon số ba nguyên tử hiđro cacbon số hai đan xen nhau) Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH phía quay, nhóm CH3 phía quay theo chậm Khi ngừng điều khiển chuyển động quay chậm dần tự động trạng thái bền (xen kẽ) II.2.4.2.2 Cách lắp ráp mô hình phân tử eten Dùng trục (ngắn) C-C lắp nguyên tử C1, C2, xoay cốt C1, C2 cho chốt ngập vào rãnh cạn nguyên tử C1, C2 (làm giảm khoảng cách C1, C2 so với etan), lắp vào nguyên tử nguyên tử hiđro lỗ cắm nhóm 2, kéo hãm để hạn chế góc quay hai nhóm CH cịn khoảng 30-400 Với mơ hình trên,các nguyên tử H quay quanh trục liên kết C-H, cụm nguyên tử CH2 dao động quay quanh trục liên kết C-C (khi có lực tác động từ bên ngồi) góc định, sau phân tử eten tự động trạng thái bền ( tâm nguyên tử nằm mặt phẳng) Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH phía dao động (lúc lắc) Khi ngừng điều khiển chuyển động chậm dần tự động trạng thái bền (phẳng) II.2.4.2.3 Cách lắp ráp mơ hình phân tử etin 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Dùng trục (dài) C-C lắp nguyên tử H, nguyên tử C1, C2 đến nguyên tử H, kéo hãm để hạn chế góc quay hai nhóm CH cịn khoảng 15-200, xoay cốt C1, C2 cho chốt ngập vào rãnh sâu nguyên tử C1, C2 (làm giảm khoảng cách C1, C2 so với eten) Ở mô hình vừa láp ráp,các ngun tử H quay quanh trục liên kết C-H, cụm nguyên tử CH dao động quay (khó khăn nhiều so với trường hợp eten) quanh trục liên kết C-C (khi có lực tác động từ bên ngồi) góc định Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH phía dao động quay (lúc lắc) Khi ngừng điều khiển dao động quay chậm dần II.2.4.2.4 Cách lắp ráp mô hình phân tử etanol Để lắp ráp mơ hình phân tử etanol ta tiến hành giống lắp ráp mô hình etan, khác H vị trí có lỗ cắm liền kề C1 thay nhóm OH tạo từ H, nguyên tử O1 Ở mơ hình vừa có, ngun tử H quay quanh trục liên kết C-H, nhóm nguyên tử CH3, CH2OH quay quanh trục liên kết C-C, nhóm nguyên tử OH quay quanh trục liên kết C-O (khi có lực tác động từ bên ngồi), sau phân tử etanol tự động trạng thái bền (xen kẽ - nhìn theo trục liên kết CC thấy H với O C1 ba H C2 đan xen nhau, H OH hướng phía xa C1 nhất) Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH 2OH nhóm OH quay, nhóm CH3 phía quay theo chậm Khi ngừng điều khiển chuyển động quay chậm dần tự động trạng thái bền Tùy vào mục đích mà ta ngắt cơng tắc hai nhóm quay biểu diễn II.2.4.2.5 Cách lắp ráp mơ hình phân tử etanal Để lắp ráp mơ hình phân tử etanal ta tiến hành giống lắp ráp mơ hình etan, khác H C1 thay nguyên tử H lắp vào lỗ cắm nhóm gần kề lỗ cắm nhóm O2 lắp vào lỗ cắm nhóm cịn lại Ở mơ hình này, nguyên tử H quay quanh trục liên kết C-H, nhóm nguyên tử CH3, CHO quay quanh trục liên kết C-C (khi có lực tác động từ bên ngồi), sau phân tử etanal tự động trạng thái bền ( nhìn theo trục liên kết C-C thấy H C1 xen kẽ, O C1 che khuất H C2) Khi ta bật cơng tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CHO phía quay, nhóm CH3 phía quay theo chậm Khi ngừng điều khiển chuyển động quay chậm dần tự động trạng thái bền II.2.4.2.6 Cách lắp ráp mơ hình phân tử axit etanoic 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Để lắp ráp mơ hình phân tử axit etanoic ta tiến hành giống lắp ráp mơ hình etanal, khác H C1 thay nhóm OH tạo từ H ngun tử O1 Ở mơ hình axit etanoic, nguyên tử H quay quanh trục liên kết CH, O-H, nhóm nguyên tử CH3, COOH quay quanh trục liên kết C-C, nhóm OH quay quanh trục liên kết O-C (khi có lực tác động từ bên ngồi), sau phân tử tự động trạng thái bền (nhìn theo trục liên kết C-C thấy O2 C1 che khuất OH C1 xen kẽ với H C2, H OH hướng xa C2, nghĩa C1, C2, O1, H O1 tạo thành hình giống chữ Z) trạng thái bền (gần giống trên, H OH hướng lại gần C2 , nghĩa C1, C2, O1, H O1 tạo thành hình giống chữ C) Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm COOH, OH quay, nhóm CH3 phía quay theo chậm Khi ngừng điều khiển chuyển động quay chậm dần tự động trạng thái bền Tùy vào mục đích mà ta ngắt cơng tắc hai nhóm quay biểu diễn II.2.4.2.7 Cách lắp ráp mơ hình phân tử benzen Từ khung vòng benzen, cần lắp H vào lỗ cắmcủa C ta mô hình phân tử benzen Ở mơ hình phân tử benzen, nguyên tử H quay quanh trục liên kết C-H, nhóm nguyên tử C-H quay quanh trục liên kết C-C, góc định (khi có lực tác động từ bên ngồi), sau phân tử tự động trạng thái bền trạng thái phẳng II.2.4.2.8 Cách lắp ráp mơ hình phân tử phenol Cách lắp ráp mơ hình phân tử phenol giống lắp ráp mơ hình phân tử benzen, khác thay H Cb1 nhóm OH etanol Ở mơ hình phân tử phenol, ngun tử H quay quanh trục liên kết C-H, O-H nhóm nguyên tử CH, COH quay quanh trục liên kết C-C, góc định (khi có lực tác động từ bên ngồi), sau chúng tự động trạng thái bền trạng thái phẳng Riêng nhóm OH có khả quay quanh trục liên kết C-O sau đó, tự động trạng thái bền trạng thái cân mà O-H vị trí vng góc với mặt phẳng “vịng benzen” Khi ta bật cơng tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm OH quay Khi ngừng điều khiển chuyển động quay chậm dần tự động trạng thái bền Trong trình chuyển động ngun tử, nhóm ngun tử mơ hình trên, khoảng cách ngun tử, nhóm ngun tử thay đổi lị xo co giãn theo chuyển động dọc trục nguyên tử, nhóm nguyên tử Lưu ý: Một số lưu ý tiến hành lắp ráp mơ hình phân tử 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu - Giữa nguyên tử C-C, C-H O-H lắp thêm lò xo vòng đệm mỏng - Điều chỉnh khoảng cách nguyên tử cho phù hợp cách xê dịch cốt C, cốt O Từ đầu tháng 11 năm 2020, bắt đầu nghiên cứu đề tài theo hướng sau: Thứ nhất, việc cải tiến thiết bị, vật liệu: Qua tham khảo mơ hình có cho thấy việc thiết kế phải dùng nhiều nguyên vật liệu cầu nhựa, kim loại, đinh vít , nhiều thời gian cho thiết kế, chế tạo, lắp đặt tháo dỡ, cần dùng nhiều mơ hình khó khăn việc vận chuyển, di dời cồng kềnh Từ cho thấy cần cải tiến thiết kế cho từ lượng vật liệu chế tạo sẵn ban đầu lắp ráp thành mơ hình nhiều phân tử khác để tiết kiệm nguyên vật liệu, công sức, thời gian thiết kế sử dụng Thứ hai, tạo thêm nhiều tính mơ hình mơ hình để giống phân tử thực: Thực tế phân tử, khoảng cách, góc gữa ngun tử, nhóm ngun tử khơng cố định mà dao động quanh giá trị cân bằng, nguyên tử, nhóm nguyên tử quay tự trở trạng thái cân có lực tác động Thứ ba, lắp đặt thiết bị điều khiển tự động để biểu diễn, thí nghiệm cho phép đặt mơ hình vị trí thuận lợi cho người xem người biểu diễn điều khiển từ xa mà không cần lại gần mơ hình làm giảm tính khách quan, chân thực trình biểu diễn Thứ tư, cách thiết kế phải đơn giản, vật liệu sử dụng dễ kiếm, rẻ tiền, an tồn với người mơi trường để học sinh giáo viên thiết kế sử dụng Việc thiết kế hoàn thành vào cuối tháng 01 năm 2021 đưa vào thực nghiệm làm đồ dùng phục vụ cho học tập học sinh đồ dùng hỗ trợ dạy học Hóa Học lớp gồm 11A, 11H Trường THPT Thanh Chương II.3 Thực nghiệm sư phạm II.3.1 Nội dung thực nghiệm sư phạm Ở lớp thực nghiệm chúng tơi sử dụng mơ hình phục vụ cho giảng dạy Ở lớp đối chứng giảng dạy theo giáo án tương tự khơng sử dụng mơ hình Trước sau q trình giảng dạy đó, có điều tra, đánh giá kết II.3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm II.3.2.1 Chọn mẫu thực nghiệm 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Chúng chọn lớp thực nghiệm đối chứng thuộc Trường THPT Thanh Chương 1, tương đương mặt: Chất lượng học tập môn, số lượng, giáo viên dạy Lớp thực nghiệm Lớp đối chứng Lớp Sĩ số Lớp Sĩ số 11A (TN1) 41 11B (ĐC1) 39 11H (TH2) 38 11I (ĐC 2) 40 II.3.2.2 Chọn giáo viên dạy thực nghiệm Giáo viên dạy thầy Nguyễn Khâm Anh cô Nguyễn Thị Thu Thủy, giáo viên dạy trường THPT Thanh Chương 1, Thanh Chương – Nghệ An II.3.2.3 Phiếu điều tra Trước sau tiến hành thực nghiệm, phát phiếu điều tra giống lớp thực nghiệm lớp đối chứng Phiếu điều tra: Đánh dấu X vào ô tương ứng với cảm nhận em mơn hóa học Nhàm chán Khơng thích Bình thường Thích Rất thích II.3.3 Tổ chức thực nghiệm II.3.3.1 Tiến hành thực nghiệm Từ tháng năm 2021 đến tháng năm 2021, dạy theo giáo án thực nghiệm lớp thực nghiệm (có sử dụng mơ hình số phân tử hợp chất hữu cơ), lớp đối chứng dạy theo giáo án thông thường Sau dạy xong tiến hành kiểm tra lần Trước sau thực nghiệm, phát phiếu điều tra hứng thú học tập học sinh lớp tiến hành thực nghiệm với nội dung phiếu giống II.3.3 Kết thực nghiệm * Kết kiểm tra lần 1: Bảng phân phối điểm kiểm tra lần 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Lớp Số HS TN1 Số HS đạt điểm Xi Điểm 10 TB 41 0 9 7.22 ĐC1 39 0 10 6 6.69 TN2 38 0 0 7.42 ĐC2 40 0 6.65 ∑TN 79 0 2 14 17 18 13 7.32 ∑ĐC 79 0 15 18 13 12 6.67 Bảng tổng hợp điểm số kiểm tra lần Đối tượng % Yếu, % TB % Khá % Giỏi TN 5.06 25.32 44.30 25.32 ĐC 8.86 41.77 31.65 17.72 45 40 35 30 25 20 15 10 Syếu % Điểm % Điểm TB % Điểm Giỏi % Điểm Khá * Kết kiểm tra lần 2: Bảng phân phối điểm kiểm tra lần Lớp Số HS đạt điểm Xi Số HS Điểm 10 TB 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu TN1 41 0 0 7 10 7.46 ĐC1 39 0 10 6.31 TN2 38 0 0 8 7.47 ĐC2 40 0 9 6.58 ∑TN 79 0 0 13 16 17 18 7.47 ∑ĐC 79 0 16 18 16 11 6.44 Bảng tổng hợp điểm số kiểm tra lần Đối % Yếu, % TB % Khá % Giỏi TN 3.80 24.05 41.77 30.38 ĐC 10.13 43.04 34.18 12.66 tượng 45 40 35 30 25 20 15 10 S % Điểm yếu % Điểm TB % Điểm Khá % Điểm Giỏi * Kết điều tra hứng thú học tập học sinh Trước sau lớp tiếp cận, sử dụng mơ hình thiết kế, tơi tiến hành điều tra tình cảm, thái độ học tập mơn Hóa Học học sinh Vào tháng 01 năm 2021, đầu tháng năm 2021, tiến hành điều tra cách phát phiếu thăm dị tình cảm, thái độ học tập mơn Hóa Học học sinh bốn lớp gồm 11A, 11H (lớp thực nghiệm), 11B, 11I (lớp đối chứng), lực học 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu tập mơn Hóa Học lớp 11A tương đương 11B, 11H tương đương 11I Cụ thể học sinh lớp điều tra phát lần phiếu thăm dị tình cảm, thái độ học tập mơn Hóa Học theo cấp độ: Rất thích, thích, bình thường, khơng thích, nhàm chán Nhàm chán Khơng thích Bình thường Thí ch Rất thích Kết thu phát phiếu thăm dò lần lớp 11A, 11H vào thời điểm lớp chưa tiếp cận, sử dụng mơ hình thiết kế: Nhàm chán Khơng thích Bình thường 13 17 21 16,46% 21,52% 26,58% Thích Rất thích 18 10 22,79% 12,65% Kết thu phát phiếu thăm dò lần lớp 11A, 11H sau lớp tiếp cận, sử dụng mơ hình thiết kế: Nhàm chán Khơng thích 8,86% Bình thường 11 20 13,92% 25,32 % Thích Rất thích 23 29,11% 18 22,79% Kết thu phát phiếu thăm dò lần lớp 11B, 11I vào thời điểm lớp (11A, 11H) chưa tiếp cận, sử dụng mơ hình thiết kế: Nhàm chán Khơng thích 15 17 Bình thường 20 Thích 16 Rất thích 11 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu 18,99% 21,52% 25,32% 20,25% 13,92% Kết thu phát phiếu thăm dò lần lớp 11B, 11I sau lớp (11A, 11H) tiếp cận, sử dụng mơ hình thiết kế: Nhàm chán Khơng thích 17 21,52% Bình thường 18 22 22,79% 27,85% Thích Rất thích 13 16,46% 11,38% II.3.3.4 Phân tích, đánh giá kết thực nghiệm sư phạm * Về kết kiểm tra Các kết thực nghiệm cho thấy chất lượng học tập học sinh lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng Điều thể điểm sau: - Tỷ lệ % học sinh yếu lớp thực nghiệm hai trường hợp thấp so với lớp đối chứng Đồng thời tổng % học sinh đạt trung bình khá, giỏi lớp thực nghiệm lại tăng so với lớp đối chứng - Chất lượng học tập, khả tiếp thu kiến thức lớp thực nghiệm tốt lớp đối chứng * Về kết điều tra hứng thú học tập học sinh Kết thực nghiệm 11A, 11H cho thấy sau áp dụng mơ hình vào học tập bạn hăng say hơn, thích thú học Hóa học Cụ thể, so với trước, sau sử dụng mơ hình học tập, số bạn khơng thích, nhàm chán học mơn Hóa Học giảm xuống nhiều, số bạn thích, thích học môn tăng lên đáng kể Ở lớp đối chứng, kết cho thấy, số bạn khơng thích, nhàm chán học mơn Hóa học có xu hướng tăng lên, cịn số bạn thích, thích học mơn lại giảm Một nguyên nhân gây tình trạng học sinh học sinh khối 11 nói chung vừa học xong phần khó chương trình hóa học trung học phổ thơng – hóa học hữu lớp 11 PHẦN 3: KẾT LUẬN III.1 Kết luận chung III.1.1 Quy trình thiết kế vận dụng mơ hình minh họa vào việc dạy học nói chung dạy học hóa học nói riêng, phù hợp với điều kiện dạy học 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu với xu hướng cải tiến đổi phương pháp dạy học đặc biệt phát huy tính tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh III.1.2 Việc vận dụng mơ hình minh họa vào dạy học hóa học thực góp phần làm tích cực hoá hoạt động nhận thức học sinh Đặc biệt việc nâng cao chất lượng dạy học theo yêu cầu cải cách giáo dục nay, gây hứng thú cho học sinh trình tìm kiếm kiến thức giáo viên trình dạy học III.1.3 Kết thực nghiệm khẳng định tính đắn đề tài, tính khả thi hiệu cao việc đề xuất quy trình thiết kế vận dụng mơ hình minh họa vào dạy học III.2 Một số đề xuất Phát huy tối đa vai trò mơ hình minh họa hóa học nói riêng, mơ hình minh họa nói chung dạy học trường phổ thông yêu cầu tất yếu cấp thiết giai đoạn Để phát huy tối đa hiệu mơ hình minh họa dạy học thấy: - Việc thiết kế vận dụng mơ hình minh họa: Địi hỏi nhiều cơng phu, từ việc thiết kế mơ hình minh họa đến việc vận dụng dạy học cách hợp lí - Các nhà trường cần chuẩn bị phương tiện, thiết bị để hỗ trợ tốt cho mục tiêu đề như: máy chiếu, mơ hình, tranh vẽ, trang bị dụng cụ hóa chất, dạy học có sử dụng mơ hình minh họa - Cần đưa vào áp dụng đại trà việc thiết kế, vận dụng mơ hình minh họa dạy học hóa học nói riêng, dạy học nói chung để kích thích nâng cao khả tư duy, hứng thú học tập học sinh, góp phần nâng cao hiệu dạy học Bên cạnh đó, giáo viên cần vận dụng linh hoạt phương pháp dạy học khác Kết hợp hài hòa, hiệu phương pháp dạy học đại dạy học nêu vấn đề, sử dụng hoạt động nhóm… với phương pháp dạy học cổ điển Vì lực thân cịn nhiều hạn chế, thời gian không nhiều nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, cần nghiên cứu bổ sung thêm Trên sở nội dung nghiên cứu thu được, tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện việc thiết kế vận dụng mơ hình minh họa trường THPT, qua nâng cao chất lượng hiệu dạy học, góp phần đáp đào tạo, bồi dưỡng nên người đáp ứng đòi hỏi ngày cao xã hội Thanh Chương ngày 12 tháng 03 năm 2021 Người viết: 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Nguyễn Khâm Anh 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu MỤC LỤC NỘI DUNG PHẦN 1: ĐẠT VẤN ĐỀ Trang I Lý chọn đề tài II Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu đề tài PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN I Xu hướng phát triển mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học II Sử dụng mơ hình đồ dùng dạy học hóa học III Thực trạng việc thiết kế sử dụng mơ hình, đồ dùng dạy học hóa học trường THPT thuộc tỉnh Nghệ An PHẦN 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MỘT SỐ PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ PHỤC VỤ CHO DẠY VÀ HỌC MƠN HĨA HỌC I Cấu trúc phân tử thiết kế mơ hình Cấu trúc phân tử etin Cấu trúc phân tử eten Cấu trúc phân tử etan Cấu trúc phân tử benzen Cấu trúc phân tử metanol Cấu trúc phân tử metanal II Chuẩn bị vật liệu III Tiến hành thiết kế Các thông số kích thước, khoảng cách Thiết kế mơ hình số phân tử hợp chất hữu PHẦN 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 13 I Nội dung thực nghiệm sư phạm 13 II Phương pháp thực nghiệm sư phạm 13 Chọn mẫu thực nghiệm 13 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Chọn giáo viên dạy thực nghiệm 13 Giáo án thực nghiệm 14 Bài kiểm tra thực nghiệm 27 Phiếu điều tra 30 III Tổ chức thực nghiệm 30 Tiến hành thực nghiệm 30 Kết thực nghiệm 31 IV Phân tích, đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 33 PHẦN 5: KẾT LUẬN 33 I Kết luận chung 33 II Một số đề xuất 34 MỤC LỤC 35 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Hình ảnh mơ phân tử axit etanoic II.2.1.7 Cấu trúc phân tử bezen Trong phân tử benzen C6H6, tất nguyên tử cacbon trạng thái lai hóa sp2 Mỗi nguyên tử. .. luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu Nguyễn Khâm Anh 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hóa mơ hình phân tử hợp chất hữu MỤC LỤC NỘI DUNG... MƠ HÌNH MỘT SỐ PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ PHỤC VỤ CHO DẠY VÀ HỌC MƠN HĨA HỌC I Cấu trúc phân tử thiết kế mơ hình Cấu trúc phân tử etin Cấu trúc phân tử eten Cấu trúc phân tử etan Cấu trúc phân tử