Thiết kế bài tập hoá học dựa trên thí nghiệm mô phỏng (áp dụng cho chương halogen và chương oxi lưu huỳnh hoá học lớp 10

Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến thầy giáo : Thạc sỹ Cao Cự Giác, ngời đã tận tình hớng dẫn tôi trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo : Tiến sĩ Lê Văn Năm đã dành thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều ý kiến quí báu. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn: Các thầy cô giáo trong bộ môn Phơng pháp giảng dạy Hoá và toàn thể các thầy cô giáo khoa Hoá học trờng Đại học Vinh. Các thầy cô giáo và các em học sinh tr- ờng PTTH Lê Hồng Phong. Đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Vinh, tháng 05 năm 2004 Ngời thực hiện: Nguyễn Thị Thục Phơng Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 1 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng Mục lục Phần I: Mở đầu T rang 1. Lí do chọn đề tài. . 4 2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 4 3. Mục đích - nhiệm vụ - phơng pháp nghiên cứu . 5 4. Giả thiết khoa học . 6 5. Đóng góp của đề tài 6 Phần II: Nội dung Chơng 1 : Cơ sở lí luận của đề tài . 1.1 Những xu hớng phát triển của bài tập hiện nay 7 1.2 Một số khái niệm về thí nghiệm mô phỏng 8 - Thí nghiệm mô tả bằng hình vẽ và lời 8 - Thí nghiệm mô tả bằng hình ảnh động (thí nghiệm ảo) . 8 - áp dụng thí nghiệm mô phỏng trong giảng dạy 9 Chơng 2: Thiết kế bài tập hoá học dựa trên các thí nghiệm mô phỏng 2.1 Cơ sở thiết kế bài tập hoá học dựa trên các thí nghiệm mô phỏng 10 2.2 Thiết kế bài tập sử dụng thí nghiệm mô phỏng . 11 2.2.1 Thí nghiệm tính chất vật lí . 11 2.2.2 Thí nghiệm tính chất hoá học 14 2.2.3 Thí nghiệm điều chế 29 2.3 Sử dụng bài tập thí nghiệm mô phỏng 33 2.3.1 Trong giờ luyện tập . 33 2.3.2 Trong giảng dạy bài mới 47 2.4 Đề xuất một số bài tập 49 Chơng 3 : Thực nghiệm s phạm 3.1 Mục đích thực nghiệm s phạm. 59 3.2 Nội dung thực nghiệm s phạm 59 3.3 Phơng pháp thực nghiệm s phạm 59 3.4 Kết quả thực nghiệm s phạm . 60 Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 2 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng Phần III: Phụ lục 1. Kết luận 64 2. Bài soạn 67 3. Tài liệu tham khảo . 77 Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 3 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng Phần I: Mở đầu 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang bớc vào thế kỷ 21 - thế kỷ của khoa học kỹ thuật, công nghệ và trí tuệ con ngời. Xu thế của thời đại đòi hỏi những con ngời trong thế kỷ mới phải nắm vững, vận dụng và sáng tạo tri thức không ngừng. Trải qua một thời gian dài chiến tranh ác liệt, nớc Việt Nam đang trên đà phát triển, mở cửa và hội nhập, thực hiện cơ chế thị trờng theo định hớng xã hội chủ nghĩa có sự quản lí của nhà nớc, thực hiện công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc vì mục tiêu dân giàu, nớc mạnh xã hội công bằng dân chủ, văn minh. Trớc sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đặt ra cho giáo dục yêu cầu phải đào tạo đợc một thế hệ trẻ năng động, thông minh, sáng tạo, có khả năng thích ứng nhanh, có kỹ năng và kiến thức toàn diện. Để đáp ứng yêu cầu đó, giáo dục trong thời kỳ mới phải đổi mới toàn diện về cả nội dung và phơng pháp, đặc biệt là phơng pháp dạy học. Phơng pháp dạy học phải thực sự hớng về học sinh, lấy học sinh làm trung tâm, phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo của ngời học, phát triển t duy, trí tuệ học sinh. Hoá học là một môn khoa học thực nghiệm, bên cạnh phát triển kiến thức còn đòi hỏi phát triển ở học sinh các kĩ năng làm thí nghiệm. Thực tế cho thấy việc dạy học hoá học ở các trờng phổ thông còn rất nhiều vấn đề cần bàn. Phơng pháp đợc sử dụng chủ yếu vẫn là phơng pháp thuyết trình: Thầy nói, trò ghi. Thầy tập trung truyền thụ kiến thức, trò cố gắng nhớ máy móc, chính điều đó đã đẩy học sinh vào vị trí thụ động, kìm hãm sự phát triển sáng tạo. Bên cạnh đó, việc sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy còn rất hạn chế. Điều đó xuất phát từ nhiều nguyên nhân nh: Điều kiện phơng tiện, thiết bị dạy học ở hầu hết các trờng phổ thông còn thiếu, các hoá chất quá thời hạn sử dụng, biến chất, ít đợc bổ sung, tâm lí giáo viên ngại sử dụng thí nghiệm do thiếu thời gian chuẩn bị,việc làm thí nghiệm trong giờ dạy lại chiếm rất nhiều thời gian hoặc điều kiện không cho phép. Do đó, cần có một phơng pháp dạy học mới vừa giáo dục đ- ợc kĩ năng thí nghiệm cho học sinh, vừa phát triển t duy sáng tạo, lại phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất của đa số trờng phổ thông hiện nay. Đó chính là phơng pháp dạy học sử dụng thí nghiệm mô phỏng. Thông qua những bài tập đợc khai thác từ các thí nghiệm, mô tả lại các hiện tợng thí nghiệm, từ đó giúp học sinh phần nào hình dung lại các quá trình thí nghiệm, tiếp thu và nắm vững kiến thức hoá học. Vì các lí do đó, chúng tôi đã chọn đề tài: Thiết kế bài tập hoá học dựa trên các thí nghiệm mô phỏng (áp dụng chơng Halogen và chơng Oxi - Lu huỳnh, hoá học lớp 10) 1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về các bài tập hoá học đợc in thành sách, trong các sách bài tập hoá học đó hầu hết đều có bài tập hoá học thực nghiệm nói chung và bài tập sử dụng thí nghiệm mô phỏng nói riêng nhng cha có cuốn sách nào viết riêng cho bài tập mô phỏng thí nghiệm. Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 4 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng - Một số tác giả: Đào Hữu Vinh, Cao Cự Giác, Lê Văn Hồng, Phạm Thị Minh Nguyệt, Trần Thị Kim Thoa, Phan Sĩ Thuận, V.X.Pôlôxin, Quan Hán Thành, Nguyễn Đức Vận, - Một số công trình đã đợc công bố: a. Lê Văn Hồng - Giải toán hoá học 10 - Nhà xuất bản Giáo dục, 1998 b. V.X.Pôlôxin - Thí nghiệm hoá học vô cơ ở trờng phổ thông - Nhà xuất bản Giáo dục - Hà Nội, 1975. c. Trịnh Ngọc Châu - Giáo trình thực tập hoá vô cơ - NXB Đại học Quốc gia - Hà Nội, 2001. d. Cao Cự Giác - Bài tập lí thuyết và thực nghiệm hoá học Tập 1 - Hoá học vô cơ - NXB Giáo dục, 2003. e. Cao Cự Giác - Hớng dẫn giải nhanh bài tập hoá học, Tập 3 - NXB Đại học Quốc gia - Hà Nội, 2002. g. Cao Cự Giác - Nguyễn Thị Từ - Xây dựng qui trình giải bài tập hoá học định lợng. (Hội thảo khoa học kỷ niệm 40 năm thành lập khoa hoá học, Thông báo khoa học - Đại học Vinh số 26/2001). Nhìn chung các công trình trên đã nêu ra những bài tập hoá học trong giảng dạy. Song cha đợc áp dụng vào việc thiết kế bài giảng ở trờng phổ thông qua hệ thống bài tập. 2. Mục đích , nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu A/ Mục đích đề tài Sử dụng các bài tập hoá học đơn giản, ngắn gọn, dựa trên các thí nghiệm hoá học của từng bài học trong sách giáo khoa để thiết kế các bài giảng theo hớng hoạt động hoá ngời học trong phạm vi chơng Halogen và chơng Oxi - Lu huỳnh, hóa học lớp 10. Kiến thức truyền thụ trong bài giảng đợc xây dựng theo quan điểm, giáo viên là ngời mô tả, nêu hiện tợng thí nghiệm, học sinh tự khám phá và lĩnh hội những kiến thức thông qua các bài tập. B/ Nhiệm vụ đề tài Giải quyết một số vấn đề : - Đa ra khái niệm về thí nghiệm mô phỏng. - Xây dựng hệ thống bài tập có khả năng thiết kế đợc nội dung bài giảng theo yêu cầu sách giáo khoa, tơng ứng từng phần của bài giảng. - Thiết kế một số bài soạn mẫu sử dụng bài tập thí nghiệm mô phỏng và đa vào thực nghiệm s phạm. Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 5 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng C/ Phơng pháp nghiên cứu - Tham khảo các tài liệu, giáo trình, sách giáo khoa, sách giáo viên, . có liên quan. - Khảo sát thực tiễn ở trờng phổ thông, ngoài ra còn dùng các phơng pháp hỗ trợ nh quan sát, thăm dò ý kiến giáo viên. - Phơng pháp điều tra cơ bản: Test - phỏng vấn - dự giờ. - Thực nghiệm s phạm . - Xử lí kết quả thực nghiệm s phạm bằng phơng pháp toán học thống kê. 3. Giả thiết khoa học Nếu có đợc hệ thống bài tập làm nguồn t liệu cho việc thiết kế nội dung các bài giảng sẽ góp phần phát triển năng lực tiếp thu môn hoá học cho học sinh, nâng cao chất lợng giảng dạy bộ môn ở nhà trờng phổ thông. 4. Đóng góp của đề tài - Về mặt lý luận: Góp phần làm sáng tỏ nội dung của phơng pháp dạy học trong đó việc sử dụng các bài tập thí nghiệm mô phỏng đợc xem là chủ đạo. - Về mặt thực tiễn: Cung cấp một hệ thống bài tập (Chơng Halogen và chơng Oxi - Lu huỳnh ) làm nguồn t liệu để thiết kế các bài giảng theo nội dung SGK, đáp ứng đợc yêu cầu đổi mới phơng pháp dạy học hiện nay. Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 6 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng Phần II : Nội dung Chơng 1: Cơ sở lí luận của đề tài 1.1. Những xu hớng phát triển của bài tập hoá học hiện nay Theo M.A Đa ni lôp: Kiến thức sẽ đợc nắm vững thực sự nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng vào việc hoàn thành những bài tập lý thuyết và thực hành. Bài tập có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc giảng dạy hoá học. Bài tập vừa là nội dung, vừa là phơng tiện đắc lực giúp ngời giáo viên truyền tải kiến thức cho học sinh, học sinh đón nhận một cách chủ động, tự lực chiếm lĩnh. Việc giải các bài tập làm hoạt động hoá ngời học, nâng cao t duy sáng tạo của ngời học. Bài tập còn giúp giáo viên kiểm tra chất lợng giảng dạy, giúp học sinh ôn tập, hệ thống kiến thức và tự kiểm tra chất lợng học tập của bản thân. Mặc dầu bài tập có ý nghĩa quan trọng nh vậy nhng trên thực tế, việc sử dụng bài tập hoá trong giảng dạy còn nhiều tồn tại: - Trong các bài giảng, giáo viên chỉ mới thuyết trình các kiến thức, ít chú ý đa bài tập vào giảng dạy kiến thức mới, từ đó làm cho học sinh tiếp thu thụ động, không đợc tự mình khám phá, đào sâu tri thức. - Các bài tập hoá học mới chỉ đợc áp dụng trong phần củng cố sau bài giảng, luyện tập, ôn tập cuối chơng hoặc khi học thêm. Tuy nhiên, việc sử dụng bài tập còn có nhiều phần tuỳ tiện, thiếu đầu t. Các bài tập hiện nay còn quá nặng nề tính toán, ít kiến thức hoá học và làm lu mờ bản chất hoá học. Giải các bài tập này rất mất thời gian, kiến thức lĩnh hội đợc không nhiều, lại hạn chế t duy sáng tạo ở học sinh. Các bài tập ít sáng tạo nên dễ tạo lối mòn trong suy nghĩ hoặc nhiều khi lại quá phức tạp so với trình độ của học sinh làm cho ngời học không tự tin vào khả năng của bản thân, dẫn đến chán học, học kém. Cho nên để việc sử dụng bài tập vào thiết kế nội dung bài giảng có hiệu quả thì chúng ta cần làm rõ quan điểm về bài tập. Bài tập đa vào trong giảng dạy phải: - Phù hợp với nội dung trong từng bài giảng SGK. - Phù hợp với trình độ học sinh: Từ dễ đến khó. - Bài tập phải khơi dậy đợc tính tự lực, chủ động, sáng tạo của ngời học. - Bài tập đảm bảo tính kế thừa và phát triển. - Bài tập vừa là nội dung vừa là phơng tiện giảng dạy. - Việc giải bài tập làm hoạt động hoá ngời học. Theo quan điểm đó, xu hớng phát triển chung của bài tập hoá học hiện nay là: Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 7 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng - Các bài tập phải ngắn gọn, súc tích, không quá nặng về tính toán mà tập trung vào rèn luyện và phát triển t duy hoá học cho học sinh. - Bài tập hoá học phải chú ý đến việc phát triển các thao tác, kĩ năng làm thí nghiệm, để học sinh khi bớc vào làm thí nghiệm cũng không bỡ ngỡ, lạ lùng trớc các hiện tợng thí nghiệm. - Bài tập hoá học cần mở rộng sự hiểu biết một cách sinh động, phong phú, không làm nặng về khối lợng kiến thức của học sinh. Từ đó làm cho học sinh cảm thấy hoá học không phải là những khái niệm khó hiểu, khó nhớ mà rất gần gũi, thiết thực với cuộc sống. Và qua việc giải bài tập, rèn luyện cho học sinh ý thức bảo vệ môi trờng, ý thức nghề nghiệp để góp phần xây dựng đất nớc. Tóm lại, thông qua việc giải các bài tập hoá học, học sinh cần phải thực hiện các thao tác t duy nh tái hiện kiến thức cũ, tìm ra mối liên hệ bản chất giữa các sự vật và hiện tợng. Học sinh phải phân tích, tổng hợp phán đoán, suy luận để tìm ra lời giải. Nhờ vậy, học sinh vừa rèn luyện, củng cố kiến thức, kỹ năng về hoá học, vừa phát triển t duy, năng lực làm việc độc lập đợc nâng cao. Việc giải bài tập phải lôi cuốn học sinh trong việc tích cực, chủ động tìm kiếm kiến thức, kích thích sự tò mò đam mê đối với ngành hoá học. 1.2. Một số khái niệm về thí nghiệm mô phỏng - Thí nghiệm mô tả bằng hình vẽ và lời Là giáo viên dùng hình vẽ minh hoạ các dụng cụ, thiết bị và hoá chất thí nghiệm, sau đó dùng lời nói, hành động để mô tả lại quá trình làm thí nghiệm, từ việc sử dụng các hoá chất và dụng cụ thí nghiệm đến các quá trình xảy ra trong khi làm thí nghiệm, kết quả đạt đợc sau thí nghiệm. Qua việc mô tả, giáo viên giúp học sinh hình dung đợc toàn bộ thí nghiệm và các thao tác cần phải có trong khi tiến hành. - Thí nghiệm mô tả bằng hình ảnh động (thí nghiệm ảo) [12] Thuật ngữ ảo theo nghĩa thực tế ảo là một hệ thống cho phép quan sát cử động , phản ứng trong một thế giới mô phỏng điện toán. Hệ thống này cho ta những ảo giác nh thể nhìn thấy, đụng chạm hoặc thực hiện các thao tác lên một đối tợng ảo. Các đối tợng ảo có những lợi thế mà đối tợng thực không thể có đợc (mô phỏng những yếu tố không thể thấy bên trong các đối tợng thực, các đối tợng ảo đợc mô tả theo mục tiêu đã đợc định trớc, thực hiện đợc nhiều thao tác mà thao tác này không thực hiện đợc với đối tợng thực ). Hình ảnh của thí nghiệm ảo đợc thiết kế giống nh thí nghiệm thực, sinh động hấp dẫn, tạo hứng thú cho học sinh. Thí nghiệm ảo xảy ra theo thời gian mô phỏng (khác thời gian thực) do đó thực hiện nhanh chóng và dễ dàng hơn thí nghiệm thực. Thí nghiệm chứng minh ảo minh họa nhiều thông tin hơn. Nhiều hiện tợng hoá học rất khó quan sát đợc trong thí nghiệm ảo. Ví dụ : Điều chế nhôm bằng phơng pháp điện phân quặng bôxit. Thực tế ảo là một mô phỏng hoà nhập và tơng tác đợc của những môi trờng hiện thực hoặc tởng tợng. Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 8 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng - áp dụng thí nghiệm mô phỏng trong giảng dạy Thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo có nhiều thuận lợi trong việc giảng dạy, đặc biệt là trong điều kiện thiếu hoá chất hoặc phải tiến hành các thí nghiệm độc hại, nguy hiểm, khó lắp đặt, thời gian thực hiện rất nhanh hay kéo dài. Nó còn đảm bảo sự thành công, an toàn, đảm bảo đợc thời gian lên lớp, khắc phục tình trạng dạy chay ở nhiều trờng học hiện nay. Để xây dựng đợc các thí nghiệm ảo và áp dụng thí nghiệm ảo trong giảng dạy cần có sự hỗ trợ của các phơng tiện dạy học hiện đại nh máy tính, máy chiếu dữ liệu, . Tuy nhiên, bên cạnh việc sử dụng thí nghiệm mô phỏng, giáo viên cũng cần chú ý đến các thí nghiệm thực để cho học sinh quan sát, hạn chế ở học sinh tâm lí các thí nghiệm luôn luôn thực hiện dễ dàng, nhanh chóng, xảy ra đúng hoàn toàn với các kết quả thí nghiệm, giúp học sinh tiếp cận với các hoá chất để mở rộng kiến thức hoá học, gắn liền lý thuyết và thực tiễn trong việc học hoá học. Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 9 Luận văn tốt nghiệp. Nguyễn Thị Thục Phơng Chơng 2 Thiết kế bài tập hoá học dựa trên các thí nghiệm mô phỏng 2.1. Cơ sở thiết kế bài tập hoá học dựa trên các thí nghiệm mô phỏng Trên cơ sở hệ thống phân loại bài tập hoá học, dựa trên phơng pháp GRAP và tiếp cận modun ta có thể đa ra phơng pháp xây dựng một bài tập hoá học theo nguyên tắc sau đây: Xuất phát từ một số bài toán mẫu sơ đẳng, cơ bản, điển hình, nội dung bài toán có thể biến đổi thành những dạng rất khác nhau, theo 5 cách sau; a. Nghịch đảo giữa điều kiện (cho) và yêu cầu (tìm). b. Phức tạp hoá điều kiện. c. Phức tạp hoá yêu cầu. d. Ghép nội dung nhiều bài toán lại với nhau. e. Phức tạp hoá đồng thời các điều kiện lẫn yêu cầu. Nguyên tắc trên đây giúp chúng ta nắm đợc cơ chế biến hoá nội dung bài tập theo những hớng có mức độ phức tạp - khó khăn khác nhau phù hợp với từng mục đích dạy học. Thông thờng, một bài tập thực nghiệm nói chung và bài tập thí nghiệm mô phỏng nói riêng gồm 2 tính chất: - Tính chất lý thuyết: Muốn giải bài tập này cần nắm vững về lý thuyết, vận dụng lý thuyết để vạch ra phơng án giải quyết. - Tính chất thực hành: Vận dụng các kỹ năng thực hành để thực hiện các phơng án đã vạch ra [9]. Nh vậy, để thiết kế và xây dựng bài tập dựa trên các thí nghiệm mô phỏng, chúng tôi dựa vào các cơ sở sau: - Dựa vào các thí nghiệm đơn giản, đặc trng cho nội dung kiến thức cơ bản mà học sinh cần đợc vận dụng để xây dựng các bài tập sử dụng trong giảng dạy từng đơn vị kiến thức. - Dựa vào các thí nghiệm có tính chất tổng hợp kiến thức để rèn luyện và phát triển kĩ năng thực hành và t duy hoá học để xây dựng các bài tập có tính chất tổng hợp, ôn luyện và nâng cao. - Coi trọng yếu tố kĩ năng thực hành và khả năng t duy hoá học của học sinh khi giải các bài tập này. Trờng Đại học Vinh - Khoa hoá học Trang Lớp 41A 10