Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề stem phần đại cương và vô cơ hóa học mười một nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Ngọc Bảo Trân THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM PHẦN ĐẠI CƢƠNG VÀ VƠ CƠ HĨA HỌC MƢỜI MỘT NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Ngọc Bảo Trân THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM PHẦN ĐẠI CƢƠNG VÀ VƠ CƠ HĨA HỌC MƢỜI MỘT NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận phƣơng pháp dạy học mơn Hóa học Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN ĐỒNG CHÂU THỦY Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan làm riêng dƣới hƣớng dẫn TS Phan Đồng Châu Thủy Các trích dẫn đƣợc ghi đầy đủ tài liệu tham khảo Học viên Lê Ngọc Bảo Trân LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: - Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Thành phố Hồ Chí Minh, phịng Sau đại học, khoa Hóa học, thầy cô ban thƣ viện tạo điều kiện thuận lợi cho tham gia học tập thực luận văn - Đặc biệt, cô Phan Đồng Châu Thủy dành nhiều thời gian hƣớng dẫn tận tình cho tơi suốt thời gian qua, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành luận văn - Gia đình, ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tơi để hồn thành luận văn Mặc dù cố gắng, nhƣng khả nhiều hạn chế nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy bạn đồng nghiệp dẫn, góp ý để luận văn tơi đƣợc hồn thiện Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2021 Tác giả luận văn Lê Ngọc Bảo Trân MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH 11 MỞ ĐẦU Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Ở Việt Nam 1.2 Đổi giáo dục 11 1.2.1 Một số quan điểm đạo đổi giáo dục phổ thông 11 1.2.2 Đổi chƣơng trình giáo dục phổ thơng trọng phát triển giáo dục STEM 12 1.3 Năng lực giải vấn đề 13 1.3.1 Năng lực 13 1.3.2 Năng lực giải vấn đề 18 1.4 Giáo dục STEM 20 1.4.1 Khái niệm giáo dục STEM 20 1.4.2 Mục tiêu đặc điểm giáo dục STEM 21 1.4.3 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM 23 1.4.4 Vai trò giáo dục STEM 23 1.4.5 Quy trình dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM 24 1.5 Thực trạng việc giáo dục STEM phát triển lực lực giải vấn đề số trƣờng trung học phổ thông 27 1.5.1 Mục đích điều tra 27 1.5.2 Đối tƣợng điều tra 27 1.5.3 Phƣơng pháp điều tra 27 1.5.4 Kết điều tra 28 Tiểu kết chƣơng 34 Chƣơng THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM PHẦN ĐẠI CƢƠNG VÀ VƠ CƠ HĨA HỌC 11 35 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT 35 VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH 35 2.1 Chƣơng trình Hóa học lớp 11 35 2.1.1 Cấu trúc nội dung chƣơng trình Hóa học lớp 11 35 2.1.2 Mục tiêu dạy học chƣơng trình Hóa học lớp 11 37 2.2 Thiết kế chủ đề STEM dạy học phần hóa học đại cƣơng vơ lớp 11 38 2.2.1 Nguyên tắc lựa chọn nội dung quy trình thiết kế chủ đề STEM 38 2.2.2 Thiết kế chủ đề STEM phần hóa học đại cƣơng vơ lớp 11 41 2.3 Thang đo công cụ đánh giá lực lực giải vấn đề 63 2.4 Bài kiểm tra đánh giá lực giải vấn đề 69 2.4.1 Bài kiểm tra 69 2.4.2 Bài kiểm tra 74 2.4.3 Bài kiểm tra 80 Tiểu kết chƣơng 88 Chƣơng THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 89 3.1 Mục đích thực nghiệm 89 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 89 3.3 Nội dung thực nghiệm sƣ phạm 89 3.4 Địa bàn đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 89 3.5 Kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm 89 3.5.1 Khảo sát lựa chọn lớp thực nghiệm 89 3.5.2 Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm 90 3.6 Một số hình ảnh thực nghiệm sƣ phạm 91 3.7 Kết xử lý kết thực nghiệm 96 3.7.1 Kết 97 3.7.2 Xử lý kết thực nghiệm nhận xét 98 Tiểu kết chƣơng 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐC Đối chứng ĐHSP Đại học Sƣ phạm Nxb Nhà xuất SL Số lƣợng SGK Sách giáo khoa STĐ Sau tác động TBC Trung bình cộng THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TP Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh TTĐ Trƣớc tác động DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh số đặc trƣng chƣơng trình định hƣớng nội dung chƣơng trình định hƣớng lực 11 Bảng 1.2 Những lực cần thiết cho học sinh phổ thông 16 Bảng 1.4 Mức độ giáo viên yêu cầu học sinh giải vấn đề tiết Hóa học 28 Bảng 1.5 Thái độ học sinh phát tình có vấn đề câu hỏi/bài tập giáo viên 28 Bảng 1.6 Mức độ dạy học hóa học theo định hƣớng giáo dục STEM 29 Bảng 1.7 Số tiết Hóa học học sinh muốn đƣợc học theo định hƣớng giáo dục STEM học kỳ 29 Bảng 1.8 Mức độ tiếp xúc với khái niệm “giáo dục STEM” giáo viên 29 Bảng 1.9 Kênh thông tin mà giáo viên sử dụng để tìm hiểu giáo dục STEM 30 Bảng 1.10 Mức độ tổ chức dạy học mơn Hóa học theo định hƣớng giáo dục STEM giáo viên 30 Bảng 1.11 Chủ đề giáo viên tổ chức dạy học mơn Hóa học theo định hƣớng giáo dục STEM 30 Bảng 1.12 Những khó khăn giáo viên gặp phải dạy chủ đề STEM 31 Bảng 1.13 Mức độ quan tâm giáo viên việc phát triển lực cho học sinh 31 Bảng 1.14 Các cách giáo viên sử dụng để phát triển lực giải vấn đề cho học sinh dạy học hóa học 32 Bảng 2.1 Cấu trúc chƣơng trình 11 THPT phần hóa học đại cƣơng vô 35 Bảng 2.2 Định hƣớng số chủ đề STEM chƣơng trình Hóa học 11 41 Bảng 2.3 Các bƣớc tổ chức dạy học số chủ đề STEM 43 Bảng 2.4 Các tiêu chí đánh giá chủ đề STEM 62 Bảng 2.5 Bảng mơ tả tiêu chí báo mức độ đánh giá phát triển lực giải vấn đề 64 Bảng 3.1 Kế hoạch thực nghiệm Trƣờng THPT Tân Phong, quận 7, TP Hồ Chí Minh 90 Bảng 3.2 Kết kiểm tra lực lớp TN1 (11A2) qua lần đo 97 Bảng 3.3 Kết kiểm tra lực lớp TN2 (11A5) qua lần đo 97 Bảng 3.4 Kết kiểm tra kiến thức 98 Bảng 3.5 Quy ƣớc nhóm điểm trung bình điểm lực 98 Bảng 3.6 Kết đánh giá lực giải vấn đề kiểm tra TTĐ STĐ thực lớp 11A2 99 Bảng 3.7 Bảng thống kê điểm trung bình lực tham số kiểm tra chủ đề STEM thực lớp 11A2 99 Bảng 3.8 Kết đánh giá lực giải vấn đề kiểm tra TTĐ STĐ thực lớp 11A5 101 Bảng 3.9 Bảng thống kê điểm trung bình lực tham số kiểm tra chủ đề STEM thực lớp 11A5 101 Bảng 3.10 Phân loại kết học tập học sinh qua kiểm tra 104 PL STT Tên học sinh đề xuất Thiết kế vẽ: Chuẩn bị vật liệu – Tạo sản phẩm Tự đánh giá sản phẩm Em học đƣợc gì? Giải pháp giải vấn đề PL 10 PHIẾU ĐÁNH GIÁ VỀ SẢN PHẨM Tên nhóm: Tên sản phẩm: Điểm Tiêu chí Yếu Sản phẩm vận hành tốt, bóng đèn phát sáng sử dụng ly nƣớc muối Nêu đƣợc nguyên lý tạo dòng điện Sản phẩm có tính sáng tạo Sản phẩm có tính khả thi, sử dụng đƣợc Nhận thức đƣợc ƣu khuyết điểm sản phẩm Nếu bóng đèn khơng phát sáng phải giải thích đƣợc ngun nhân tìm đƣợc biện pháp khắc phục Trình bày lƣu lốt, trơi chảy, thời gian thuyết trình khơng q phút TỔNG Khá Tốt (2) Xuất sắc bình (1) Cấu trúc sản phẩm hợp lý, thiết kế đẹp Trung (3) (4) (5) PL 11 PHỤ LỤC CÁC PHIẾU HỌC TẬP CHỦ ĐỀ STEM THUYỀN ĐỒ CHƠI SỬ DỤNG LỰC ĐẨY NEWTON PHIẾU HỌC TẬP SỐ NHIỆM VỤ HỌC TẬP 1: Thực thí nghiệm để tìm hiểu định luật III Newton Dụng cụ: ô tô đồ chơi trẻ em Thực thí nghiệm nhƣ sau: Đẩy mạnh xe vào tƣờng Câu hỏi: Quan sát tƣợng? Giải thích Kết luận rút từ thí nghiệm là: Định luật III Newton PHIẾU HỌC TẬP SỐ NHIỆM VỤ HỌC TẬP 2: Thực thí nghiệm để tìm hiểu tính chất hóa học baking soda Hóa chất: baking soda, giấm Dụng cụ: ống nghiệm, kẹp ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, muôi săt Thực thí nghiệm theo bƣớc sau: + Cho muỗng baking soda vào ống nghiệm + Nhỏ vài giọt giấm vào ống nghiệm Câu hỏi: Nêu tƣợng giải thích PL 12 Kết luận rút từ thí nghiệm là: Khí CO2 tạo lực BIÊN BẢN HOẠT ĐỘNG NHÓM Chủ đề: Lớp: Nhóm: Nhiệm vụ - Thiết kế đƣợc thuyền vận hành dựa nguyên lý phản lực phản ứng hóa học giấm với baking soda - Tính tốn để thuyền vận hành xa với thời gian lâu nhất, hóa chất - Ghi chép lại lƣợng hóa chất sử dụng lần thử nghiệm theo bảng sau: Lần thí Giấm (muỗng) Baking soda (muỗng) nghiệm thứ … Mục tiêu STT Tên học sinh tham gia 3 Em cần biết gì? Vấn đề đƣợc đặt PL 13 STT Tên học sinh tham gia Các thông tin liên quan cần biết để giải vấn đề Đề xuất ý tƣởng – Thiết kế vẽ STT Tên học sinh đề xuất Thiết kế vẽ: Chuẩn bị vật liệu – Tạo sản phẩm Tự đánh giá sản phẩm Em học đƣợc gì? Giải pháp giải vấn đề PL 14 PHIẾU ĐÁNH GIÁ VỀ SẢN PHẨM Tên nhóm: Tên sản phẩm: Điểm Tiêu chí Yếu Sản phẩm vận hành tốt, thuyền vận hành tối thiểu 30 giây Nêu đƣợc nguyên lý vận hành thuyền Sản phẩm có tính sáng tạo Sản phẩm có tính khả thi, sử dụng đƣợc Nhận thức đƣợc ƣu khuyết điểm sản phẩm Nếu thuyền không vận hành hay vận hành khơng đƣợc q 30 giây phải giải thích đƣợc ngun nhân tìm đƣợc biện pháp khắc phục Trình bày lƣu lốt, trơi chảy, thời gian thuyết trình khơng q phút TỔNG Khá Tốt (2) Xuất sắc bình (1) Cấu trúc sản phẩm hợp lý, thiết kế đẹp Trung (3) (4) (5) PL 15 PHỤ LỤC CÁC PHIẾU HỌC TẬP CHỦ ĐỀ STEM LÀM BỘ LỌC NƢỚC MINI CHO HỒ CÁ PHIẾU HỌC TẬP SỐ NHIỆM VỤ HỌC TẬP 1: Thực thí nghiệm để tìm hiểu ảnh hƣởng áp suất đến dịng chảy nƣớc (định luật Bernoulli) Hóa chất: Nƣớc lọc Dụng cụ: Ống hút, ly Thực thí nghiệm theo bƣớc sau: Dùng ống hút để hút nƣớc lọc từ ly Câu hỏi: Tại em hút đƣợc nƣớc lọc từ ly? Kết luận rút từ thí nghiệm là: Nƣớc có xu hƣớng chảy tử mơi trƣờng có áp suất …………… sang mơi trƣờng có áp suất ……………… PHIẾU HỌC TẬP SỐ NHIỆM VỤ HỌC TẬP 2: Thực thí nghiệm để tìm hiểu khả hấp phụ than hoạt tính Hóa chất: than hoạt tính Dụng cụ: chén cơm bị khét Thực thí nghiệm theo bƣớc sau: + Để vài viên than hoạt tính lên miệng chén cơm, đậy nắp lại + Kiểm tra mùi chén cơm sau phút Câu hỏi: Em cho biết mùi khét chén cơm sau thực thí nghiệm trên? PL 16 Kết luận rút từ thí nghiệm là: Than hoạt tính có khả …………………… mùi khét Hiện tƣợng gọi ………………………… Thế than hoạt tính? Điều chế cách nào? Than hoạt tính có tính chất đặc biệt? Sự khác biệt khái niệm hấp thụ hấp phụ? PHIẾU HỌC TẬP SỐ Nhóm: Thành viên: Nhiệm vụ - Tạo lọc nƣớc mini cho hồ cá - Máy bơm vận hành tốt, lọc nƣớc - Trình bày đƣợc nguyên lý hoạt động máy lọc nƣớc mini cho hồ - Nêu đƣợc vai trò vật liệu đƣợc sử dụng để lọc nƣớc - pH nƣớc sau lọc dao động từ đến Mục tiêu Em cần biết gì? PL 17 Đề xuất ý tƣởng – Thiết kế vẽ Chuẩn bị vật liệu – Tạo sản phẩm Tự đánh giá sản phẩm Em học đƣợc gì? PL 18 PHIẾU ĐÁNH GIÁ VỀ SẢN PHẨM Tên nhóm: Tên sản phẩm: Điểm Tiêu chí Yếu Sản phẩm vận hành tốt, lọc đƣợc nƣớc pH nƣớc sau lọc nằm khoảng tử đến Nêu đƣợc nguyên lý vận hành máy lọc nƣớc mini Sản phẩm có tính sáng tạo Sản phẩm có tính khả thi, sử dụng đƣợc Nhận thức đƣợc ƣu khuyết điểm sản phẩm Nếu máy lọc nƣớc không vận hành hay độ pH nƣớc sau q trình lọc khơng nằm khoảng từ đến phải giải thích đƣợc ngun nhân tìm đƣợc biện pháp khắc phục Trình bày lƣu lốt, trơi chảy, thời gian thuyết trình khơng q phút TỔNG Khá Tốt (2) Xuất sắc bình (1) Cấu trúc sản phẩm hợp lý, thiết kế đẹp Trung (3) (4) (5) PL 19 PHỤ LỤC ĐỀ KIỂM TRA 15 PHƯT Câu (3,0 điểm) Viết phƣơng trình hóa học (ghi rõ số oxi hóa nguyên tố có thay đổi số oxi hóa cho tính khử, tính oxi hóa): a) Chứng minh C có tính khử b) Chứng minh axit silixic (H2SiO3) có tính axit yếu axit cacbonic c) Chứng minh NaHCO3 hợp chất muối lƣỡng tính Câu (2,0 điểm) Cho dung dịch NH4Cl, Na2CO3, NaNO3 Tiến hành thí nghiệm thu đƣợc kết sau: Dung dịch KOH, đun nóng Dung dịch HCl Dung dịch X không tƣợng sủi bọt khí Dung dịch Y khơng tƣợng khơng tƣợng Dung dịch Z khí mùi khai khơng tƣợng Xác định dung dịch X,Y,Z dung dịch dung dịch cho.Viết phƣơng trình phản ứng xảy Câu (4,0 điểm) Cho 5,6 lit CO2 (đktc) tác dụng hết với 400 ml dung dịch Ba(OH)2 0,5M a) Sau phản ứng thu đƣợc muối nào? Tính khối lƣợng muối đó? b) Tính nồng độ mol/lít dung dịch chất thu đƣợc sau phản ứng? Câu (1,0 điểm) Dẫn khí CO2 từ từ dƣ qua dung dich nƣớc vôi Hiện tƣợng quan sát đƣợc nƣớc vôi ban đầu bị vẩn đục sau lại dần Viết phƣơng trình hóa học giải thích cho tƣợng (Cho H = 1, C = 12, O = 16, Ba =137) PL 20 MA TRẬN ĐỀ Số câu hỏi theo mức độ nhận Nội dung Đơn vị Chuẩn kiến thức kỹ kiến kiến thức cần kiểm tra thức thức Nhận Thông Vận thức dụng hiểu Nhận thức: + Viết đƣợc phƣơng trình phản ứng chứng minh tính Viết khử cacbon phƣơng + Viết đƣợc phƣơng trình trình hóa phản ứng chứng minh tính học chứng axit axit silixic yếu minh hóa axit cacbonic tính + Viết đƣợc phƣơng trình phản ứng chứng minh muối hiđrocacbonat Cacbon có tính lƣỡng tính - Silic Thơng hiểu: + Dựa vào phản ứng hóa học, phân biệt hóa chất nhãn (muối amoni, Phân biệt hóa chất muối cacbonat, muối nitrat) + Viết phƣơng trình phản ứng hóa học cho phản ứng dùng để thực q trình phân biệt hóa chất Vận dụng cao PL 21 Vận dụng: + Dựa vào việc thiết lập tỷ Toán CO2 lệ số mol kiềm số mol tác dụng CO2 để xác định sản phẩm với dung + Tìm khối lƣợng nồng dịch kiềm độ mol/lít dung dịch muối thu đƣợc sau phản ứng Thông hiểu: + Nêu đƣợc tƣợng Viết quan sát đƣợc dẫn từ từ phƣơng khí CO2 vào dung dịch trình hóa nƣớc vơi học giải + Viết đƣợc phƣơng trình thích hóa học minh họa cho tƣợng quan sát đƣợc Tổng số câu Tỷ lệ % 30,00 30,00 40,00 00,00 Tổng số điểm 3,0 3,0 4,0 0,0 ĐÁP ÁN Câu Nội dung đáp án Viết phƣơng trình hóa học chứng minh hóa tính Thang điểm 3,0 a) Chứng minh C có tính khử +4 C + O2 CO2 b) Chứng minh axit silixic (H2SiO3) có tính axit yếu axit cacbonic 0,5 0,5 PL 22 Na2SiO3 + CO2 + H2O  Na2CO3 + H2SiO3 1,0 c) Chứng minh NaHCO3 hợp chất muối lƣỡng tính NaHCO3 + HCl  NaCl + CO2 + H2O 0,5 NaHCO3 + NaOH  Na2CO3 + H2O 0,5 Phân biệt hóa chất 2,0 X: Na2CO3 Y: NaNO3 Z: NH4Cl 1,0 Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + CO2 + H2O 0,5 NH4Cl + KOH  KCl + NH3 + H2O 0,5 Toán CO2 tác dụng với dung dịch kiềm 4,0 nCO2 = 0,25 mol nBa(OH)2 = 0,2 mol  nOH- = 0,4 mol Tỷ lệ  tạo muối BaCO3, Ba(HCO3)2 1,0 Ba(OH)2 + CO2  BaCO3 + H2O 0,5 x x x (mol) Ba(OH)2 + 2CO2  Ba(HCO3)2 y 2y y 0,5 (mol) Hệ phƣơng trình: x + y = 0,2 (1) 0,25 x + 2y = 0,25 (2) 0,25 Từ (1) (2)  x = 0,05 y = 0,15 mBaCO3 = 0,05.197 = 9,85 gam mBa(HCO3)2 = 0,15.259 = 38,85 gam [Ba(HCO3)2] = 0,625 M 0,5 0,5 0,5 Viết phƣơng trình hóa học giải thích tƣợng 1,0 CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O 0,5 CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2 0,5 PL 23