sáng kiến kinh nghiệm hóa bước đầu rèn luyện phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh thông qua học phần hóa học hữu cơ ở trường phổ thông

Vì thế, để việc dạy học Hóa học hữu cơ ở chương trình phổ thông có hiệu quả cao, mỗi giáo viên cần giúp học sinh khám phá những tiềm năng bí ẩn của Hóa học hữu cơ, những ứng dụng của các

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU 2

I.1 Lý do chọn đề tài 2

I.2 Phạm vi đề tài 3

II NỘI DUNG 4

II.1 Thực trạng của việc dạy học Hóa hữu cơ hiện nay trong nhà trường phổ thông 4

II.2 Cơ sở của việc rèn luyện nghiên cứu khoa học về hóa hữu cơ trong thực tiễn 4

II.2.1 Rèn luyện nghiên cứu khoa học thông qua dạy phần tính chất vật lý 4

II.2.2 Rèn luyện nghiên cứu khoa học thông qua dạy phần tính chất hóa học 6

II.3 Một số phương pháp dạy học và các hình thức tổ chức nghiên cứu của học sinh 11

II.3.1 Tổ chức dạy học theo nhóm, dự án 11

II.3.2 Tổ chức các hoạt động ngoại khóa 12

II.3.3 Tổ chức các cuộc thi nghiên cứu khoa học hằng năm 12

II.4 Kết quả của việc áp dụng đề tài trong giảng dạy 12

III KẾT LUẬN 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

I MỞ ĐẦU I.1 Lý do chọn đề tài

Hóa học là ngành khoa học thực nghiệm Dạy học hóa học cần gắn liền lý thuyết

và thực nghiệm cũng như những ứng dụng trong thực tiễn mà đặc biệt là Hóa học hữu cơ

Từ thời xa xưa, người ta đã biết điều chế và sử dụng một số chất hữu cơ trong đời sống như giấm, một số chất màu hữu cơ, rượu etylic,…

Năm 1806, lần đầu tiên Berzelius đã dùng danh từ hoá học hữu cơ để chỉ ngành Hoá học nghiên cứu các hợp chất có nguồn gốc động, thực vật

Năm 1815, Berzelius đã đưa ra thuyết “lực sống” Thuyết “lực sống” đã thống trị Hoá học hữu cơ trong nhiều năm Sau đó thuyết này dần dần bị đánh đổ nhờ các công trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ

Năm 1828, Wohler đã tổng hợp được ure Chính phát minh này đã làm sụp đổ bức tường ngăn cách trước đó giữa Hoá học vô cơ và Hoá học hữu cơ

Cho đến nay, hàng triệu chất hữu cơ đã được tổng hợp trong các phòng thí nghiệm và trong công nghiệp, trong đó nhiều chất hữu cơ cực kỳ quan trọng, quí giá không có trong tự nhiên

Hóa học hữu cơ gắn liền với cuộc sống và các sự vật xung quanh chúng ta Đóng góp một phần không nhỏ vào các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, được ứng dụng rộng rãi trong y học và dược học

Vì thế, để việc dạy học Hóa học hữu cơ ở chương trình phổ thông có hiệu quả cao, mỗi giáo viên cần giúp học sinh khám phá những tiềm năng bí ẩn của Hóa học hữu cơ, những ứng dụng của các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, trong sản xuất Hình thành cho học sinh phương pháp nghiên cứu Hóa học (phân tích, tổng hợp, khái quát hóa, cách suy luận từ hiện tượng quan sát đi đến bản chất của đối tượng nghiên cứu ….) Cần phải biết khơi dậy trong mỗi học sinh niềm say mê nghiên cứu khoa học

Không chỉ thế, trong nền giáo dục nước ta hiện nay, đào tạo và nghiên cứu khoa học là hai hoạt động có mối liên hệ hữu cơ với nhau Trước hết, việc tham gia nghiên cứu khoa học giúp cho học sinh hình thành và bồi dưỡng những phẩm chất cần thiết của

một con người khoa học trong tương lai: đó là tính kiên trì, nhẫn nại, khắc phục khó khăn, tìm tòi sáng tạo, khách quan, chính xác

Bên cạnh đó, tham gia nghiên cứu khoa học giúp học sinh trang bị cho mình năng lực sáng tạo, khả năng làm việc độc lập, kỹ năng làm việc nhóm, trau dồi tri thức và các phương pháp nhận thức khoa học, đồng thời hình thành ở học sinh những phẩm chất của nhà nghiên cứu Từ đó cho phép thực hiện việc đào tạo những chuyên gia năng động, tư duy sắc bén, có năng lực nghiên cứu và sáng tạo

Để làm được điều đó, là một giáo viên, qua những năm giảng dạy ở truờng phổ thông, tôi nhận thấy rằng mỗi giáo viên cần đưa ra các đề tài nghiên cứu khoa học nhỏ

và lớn mỗi khi dạy các bài về chất của Hóa học hữu cơ để học sinh có cơ hội làm quen

và rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học Ở đây tôi xin đưa ra một sáng kiến nhỏ đó là: “Buớc đầu rèn luyện phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh thông qua dạy học phần Hóa học hữu cơ ở trường phổ thông” nhằm góp phần giúp các em làm quen với việc nghiên cứu khoa học ngay từ lúc các em đang còn ngồi trên ghế nhà trường

I.2 Phạm vi đề tài

Đề tài được sử dụng trong chương trình giảng dạy hóa học hữu cơ lớp 11 và 12 ở chương trình phổ thông Ở đây, do điều kiện còn hạn chế, tôi chỉ xin dừng lại ở việc nghiên cứu các phương pháp để buớc đầu rèn luyện cho các em kỹ năng nghiên cứu khoa học mà đặc biệt là nghiên cứu về các hợp chất hữu cơ, làm cho giờ dạy Hóa học hữu cơ trở nên sinh động hơn, góp phần kích thích hứng thú học tập cho các em khi học

bộ môn Hóa học

II NỘI DUNG II.1 Thực trạng của việc dạy học Hóa hữu cơ hiện nay trong nhà trường phổ thông

Hiện nay, trong các tiết dạy học Hóa học hữu cơ ở trường phổ thông, giáo viên chủ yếu dạy cho các em phần kiến thức theo lối truyền thụ lý thuyết Đặc thù của môn Hóa học hữu cơ là các hợp chất có cấu tạo phức tạp, các em khó nhớ và hầu như không yêu thích phần Hóa hữu cơ Nên hầu hết các giáo viên giành thời gian cho việc giảng dạy lý thuyết là phần lớn mà chưa quan tâm đến việc rèn luyện cho các em kỹ năng nghiên cứu khoa học thông qua các bài dạy trong nhà truờng phổ thông Hơn nữa, vì thời gian trên lớp còn hạn chế nên giáo viên chỉ chú trọng đến việc dạy tính chất vật lý, hóa học của các hợp chất hữu cơ cho học sinh, thường ít chú trọng đến phần ứng dụng các hợp chất vào đời sống và công nghiệp Từ đó, làm cho các em học Hóa học hữu cơ nhưng hầu như ít hiểu biết đến công dụng của nó để làm gì, hay tính chất của chất này liên quan đến chất kia như thế nào, ít tìm tòi nghiên cứu về các hợp chất hữu cơ Vì thế, khả năng nghiên cứu khoa học của các em học sinh còn rất hạn chế, các em chưa nắm rõ quy trình của việc nghiên cứu khoa học như thế nào dẫn đến các em ngại đưa ra các đề tài nghiên cứu khoa học mỗi khi có các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật hằng năm

Để giúp cho học sinh say mê hơn trong việc học Hóa hữu cơ, đồng thời buớc đầu rèn luyện cho các em một số kỹ năng và phuơng pháp nghiên cứu khoa học, mỗi giáo viên cần đưa ra các câu hỏi kích thích sự tò mò, hay các đề tài nghiên cứu để các em có

cơ hội phát huy đuợc năng lực nghiên cứu khoa học kỹ thuật của bản thân

II.2 Cơ sở của việc rèn luyện nghiên cứu khoa học về hóa hữu cơ trong thực tiễn

Nghiên cứu một chất hay công dụng chất thường dựa vào tính chất vật lý của hợp chất đó, hay dựa vào các ứng dụng của nó trong thực tế, và các hợp chất để điều chế nó như thế nào

Vì thế, để rèn luyện cho học sinh có kỹ năng về nghiên cứu khoa học, giáo viên cần đưa ra các đề tài khoa học thông qua việc dạy các phần tính chất vật lý, ứng dụng điều chế, hay tính chất hóa học của một số hợp chất hữu cơ để học sinh nghiên cứu, làm rõ

II.2.1 Rèn luyện nghiên cứu khoa học thông qua dạy phần tính chất vật lý

Đối với hợp chất hữu cơ, tính chất vật lý là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong thực tiễn Vì thế giáo viên có thể hình thành những

kỹ năng nghiên cứu khoa học cho học sinh thông qua việc giảng dạy phần tính chất vật

lý của các hợp chất hữu cơ Cụ thể:

- Khi học bài dẫn xuất halogen, ở phần tính chất vật lý của CHCl3 hay C6H6Cl6, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong thực tế như:

+ Tìm hiểu dùng clorofom làm thuốc gây mê như thế nào

+ Sản xuất thuốc trừ sâu từ C6H6Cl6

+ Vì sao cloetan (C2H5Cl) có thể làm giảm đau nhanh chóng và được sử dụng

để làm giảm đau cho các cầu thủ?

Đối với vấn đề này học sinh có thể tìm hiểu nguyên nhân như sau:

Khi cầu thủ bị thương, chỗ vết thương sẽ rất đau đớn Người cán bộ y tế dùng phương pháp làm lạnh cục bộ bằng cách phun chất làm lạnh tức thời trên chỗ bị thương Chất làm lạnh ở đây là etyl clorua C2H5Cl hay gọi là cloetan

C2H5Cl là hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sôi t0s là 12,30 C Ở nhiệt độ thường khi tăng áp suất sẽ biến thành chất lỏng Khi phun C2H5Cl lên vết thương, các giọt etyl clorua tiếp xúc với da, nhiệt độ cơ thể sẽ làm etyl clorua sôi lên và bốc hơi rất nhanh Quá trình này thu nhiệt mạnh làm cho da bị lạnh đông cục bộ và tê cứng Vì vậy thần kinh cảm giác không truyền được đau lên đại não Nhờ đó cầu thủ không có cảm giác đau Do sự đông cục bộ nên vết thương không bị chảy máu

- Học đến bài ancol và amin, dựa vào khả năng hòa tan các hợp chất amin của etanol, giáo viên có thể yêu cầu học sinh nghiên cứu và đưa ra đáp án cho câu hỏi:

+ Vì sao rượu lại làm mất mùi tanh của cá?

Học sinh có thể tìm hiểu và đưa ra hướng trả lời như sau:

Cá tanh do trong cá có trimetylamin (CH3)3N và đimetylamin (CH3)2NH và metyl amin

CH3NH2 là những chất có mùi khó ngửi

Khi chiên cá ta cho thêm một ít rượu có thể phá hủy được mùi tanh cá Vì trimetylamin thường “lẫn trốn” trong cá nên người ta khó trục nó ra Nhưng trong rượu

có cồn, cồn có thể hòa tan trimetylamin nên có thể lôi được trimetylamin ra khỏi chổ ẩn Khi chiên cá ở nhiệt độ cao cả trimetylamin và cồn đều bay hơi hết, nên chỉ một lúc sau mùi tanh cá sẽ bay đi hết

Ngoài ra trong rượu có một ít etylaxetat có mùi dễ chịu nên rượu có tác dụng thêm mùi thơm rất tốt

+ Vì sao cồn có khả năng sát khuẩn?

Giải thích: Cồn là dung dịch ancol etylic (C2H5OH) có khả năng thẩm thấu cao, có thể xuyên qua màng tế bào đi sâu vào bên trong gây đông tụ protein làm cho tế bào chết Thực tế là cồn 75o có khả năng sát trùng là cao nhất Nếu cồn lớn hơn 75o thì nồng

độ cồn quá cao làm cho protein trên bề mặt vi khuẩn đông cứng nhanh hình thành lớp

vỏ cứng ngăn không cho cồn thấm vào bên trong, nên vi khuẩn không chết Nếu nồng

độ nhỏ hơn 75o thì hiệu quả sát trùng kém

+ Hợp chất nào có khả năng làm kính không bị mờ khi trời lạnh và đi trong

sương mù?

Giải thích: -Trên thực tế, bản thân lớp mạ chống sương mù bao gồm polyvinyl ancol, một hợp chất hút nước làm cho từng giọt nước ngưng tụ rồi phân tán Tuy nhiên, trước khi nó lên tới bề mặt thì một nền gồm 4 lớp kế tiếp các phân tử silicon đầu tiên được đặt qua quá trình plasma trong khí quyển Các lớp này liên kết với lớp khác nhưng cũng cho phép rượu liên kết với chúng đảm bảo độ bền và độ cứng của lớp mạ kết hợp

- Đối với vật liệu polime, dựa vào tính chất vật lý như: tính dẻo, không bay hơi, có nhiệt độ nóng chảy xác định…để nghiên cứu ứng dụng của polime trong thực tế mà các

em đã biết…

II.2.2 Rèn luyện nghiên cứu khoa học thông qua dạy phần tính chất hóa học

Để nghiên cứu các ứng dụng hợp chất hữu cơ trong thực tế, điều quan trọng cần tìm hiểu là tính chất hóa học của chúng

Từ tính chất hóa học giáo viên có thể đưa ra các công dụng của một số hợp chất, từ

đó giáo viên hướng cho học sinh một số nghiên cứu khoa học dựa trên tính chất của chúng

- Ở chương Hiđrocacbon, dựa vào phản ứng oxi hóa hoàn toàn của ankan (phản ứng cháy) tỏa một lượng nhiệt rất lớn như metan:

CH4 + 2O2 t0

  CO2 + H2O H = - 890kJ

- Giáo viên cung cấp thêm thông tin về metan, gợi ý một số hướng đề tài cho học sinh nghiên cứu như:

+ Nghiên cứu về công dụng của metan trong việc đun nóng.

+ Tìm hiểu quy trình sử dụng metan để sản xuất hơi nước nóng sưởi ấm cho các

cư dân xứ lạnh

+ Khí metan và quá trình cung cấp nhiệt cho các nhà máy luyện kim, phân đạm, gốm sứ thay cho nhiên liệu thông thường

+ Khí metan là thành phần chính của biogas, thoát ra từ sự phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong các bể ủ phân gia súc, rác nên có thể đưa ra đề tài cho học sinh thảo luận nghiên cứu thực tế: Quy trình ủ và tạo biogas cung cấp năng lượng từ rác thải và phân gia súc

- Dựa vào lượng nhiệt tỏa ra lớn của axetilen:

C2H2 + 5

2 O2 t0

  2CO2 + H2O H = - 3000kJ Giáo viên có thể gợi ý cho học sinh nghiên cứu về việc sử dụng đèn xì axetilen – oxi để hàn cắt kim loại

- Học bài ankan, giáo viên có thể yêu cầu học sinh nghiên cứu tìm hiểu về công dụng của parafin đối với việc làm mềm da tay, chân, hay làm mờ các vết nứt trên gót chân Từ đó học sinh có thể tìm hiểu ở internet, ở cuộc sống xung quanh để tìm ra các công hiệu mà parafin mang lại cho việc làm mịn da tay chân Giáo viên có thể đưa ra một số tư liệu:

Paraffin cho tay chân

Da tay, chân của thường bị khô ráp, chai sần, căng mỏi do tiếp xúc với chất tẩy và

đi lại nhiều Với paraffin (sáp nóng) và chút thời gian rảnh vào cuối tuần, chúng ta vừa được thư giãn, vừa "tặng" cho tay, chân của mình một suất spa tuyệt vời

Hay khám phá ưu điểm của paraffin đối với tay, chân:

Ủ tay và chân vào sáp nóng là phương pháp spa mới, giúp giữ ẩm cho da và loại bỏ

tế bào chết Nhờ vậy, làn da sẽ hấp thụ tốt tinh chất từ các sản phẩm dưỡng da Sức nóng vừa phải của sáp được nung chảy có tác dụng điều trị chứng phong thấp, đổ mồ hôi tay, chân

Nếu áp dụng phương pháp chăm sóc, trị liệu điều đặn bằng paraffin, bạn sẽ thấy hài lòng với làn da tay, chân căng mịn và hồng hào

- Học bài tecpen, giáo viên có thể đưa ra các đề tài nghiên cứu về các hợp chất như tìm hiểu tecpen và quá trình sản xuất hương liệu…hay nghiên cứu các loại tinh dầu có trong tự nhiên và phương pháp tinh chế

- Học chương cacbohiđrat, dựa trên phản ứng thủy phân tinh bột:

(C6H10O5)n + nH2O H t , 0

   nC6H12O6

Và phản ứng lên men glucozơ:

C6H12O6

0

z ,30 35

en im  C

     2C2H5OH + 2CO2

Giáo viên có thể hình thành cho học sinh đề tài nghiên cứu về sản xuất cồn từ ngô, sắn

- Từ phản ứng oxi hóa glucozơ:

C6H12O6 + O2  CO2 + H2O

Có thể cho học sinh nghiên cứu phương pháp bảo quản lương thực thực phẩm có hiệu quả, tránh gây hao hụt sau vụ mùa một thời gian dài

- Nghiên cứu về tính chất và trạng thái của đường saccarozơ: có trong nhiều loại thực vật: củ cải đường, đường thốt nốt, hay có trong mía Từ đó giáo viên có thể đưa ra một số đề tài để học sinh nghiên cứu, tìm hiểu như:

+ Nghiên cứu sản xuất đường mật tinh bột theo phương pháp enzim

+ Tại sao bột ngọt lại ngọt?

HS có thể tìm hiểu và giải thích như sau:

Để tăng thêm vị ngọt cho thức ăn, trong quá trình chế biến, nguời ta thêm vào ít bột ngọt Thức ăn sau khi thêm bột ngọt sẽ có mùi vị ngon ngọt hơn Vậy tại sao bột ngọt lại có tác dụng làm tăng vị ngọt cho thức ăn?

Do trong bột ngọt chứa chủ yếu natri glutamat tạo nên vị ngọt Axit glutamic là một trong các aminoaxit tạo thành các protein Nhưng khi các phân tử axit glutamic kết hợp với nhau tạo thành phân tử protein thì không có vị ngọt, do đó người ta phải dùng axit clohidric phân giải các chất để giải phóng ra axit glutamic

Khi đã có axit glutamic đem trung hoà thì được natri glutamiat có vị ngon ngọt Đem bột ngọt pha loãng đi 2000 lần vẫn còn nhận ra được vị ngọt Nếu đem bột ngọt trộn với muối ăn thì vị ngọt đậm hơn, muối ăn là chất có tác dụng trợ ngọt

Bột ngọt là muối natri của axit glutaic Axit glutamic không phải là một aminoaxit cần thiết cho cơ thể nên không có giá trị dinh dưỡng cao nhưng vì có vị ngọt nên làm cho món ăn ngon hơn

- Học bài xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp, dựa trên đặc điểm cấu trúc phân tử của các chất có khả năng tẩy rửa hay xà phòng,

có thể hướng cho học sinh nghiên cứu điều chế chất giặt rửa từ quả của cây bồ kết, cây

lô hội

- Học đến bài protein, khả năng đông tụ của protein dưới tác dụng của nhiệt, giáo viên có thể cho học sinh tìm hiểu và thảo luận câu hỏi nhỏ: vì sao không dùng nước nóng để giặt, tẩy vết máu?

- HS có thể tìm hiểu và tìm ra nguyên nhân từ việc vận dụng các tính chất của protein trong máu:

Protein trong dịch máu khi gặp nhiệt độ cao thì phát sinh chuyển biến hoá học Vết máu khi chưa phát sinh những biến đổi hoá học thì có thể tan trong nước, còn sau khi đã

có những biến đổi do tác dụng của nhiệt thì trở nên không tan trong nước (đông tụ) Học bài dẫn xuất Halogen, giáo viên giới thiệu cho học sinh một trong số dẫn xuất của halogen là Teflon Giáo viên có thể yêu cầu học sinh nghiên cứu về công dụng của Teflon, là chất chống dính Hay nghiên cứu về ảnh hưởng chất chống dính Teflon đến môi trường và sức khỏe con người…

II.2.3 Rèn luyện nghiên cứu khoa học thông qua dạy phần điều chế, ứng dụng

Sau khi học xong phần tính chất hóa học của các hợp chất hữu cơ, học sinh sẽ được tìm hiểu về các nguyên liệu, phương pháp điều chế và các ứng dụng của từng hợp chất trong đời sống hằng ngày Đến đây, giáo viên sẽ giới thiệu nhiều hơn một số ứng dụng của các hợp chất, và cũng định hướng cho học sinh một số đề tài khoa học để nghiên cứu từ các ứng dụng ở sách giáo khoa Cụ thể:

- Đối với chương hiđrocacbon, ứng dụng quan trọng của hiđrocacbon là làm nhiên liệu, nguồn sản xuất của nó là dầu mỏ Từ đó giáo viên đưa ra các hướng nghiên cứu như:

+ Vì sao xăng pha chì gây nguy hại cho động cơ?

+ Điều chế xăng pha cồn etanol để làm nhiên liệu

+ Sử dụng parafin để sản xuất giấy, cacton, bao bì thay cho nhưa, nilon

- Học xong bài tecpen, học sinh biết được các tính chất của tecpen: có mùi hương, có màu sắc từ đó có thể đưa ra hướng nghiên cứu cho các em:

+ Chế biến đồ uống từ rau, củ quả… có chứa nhiều vitamin như: cà rốt chứa caroten, vitamin A

+ Chiết xitral từ tinh dầu sả

+ Công dụng từ tinh dầu chanh…