7. Phương pháp nghiên cứu
2.2.2. Sử dụng dạy học nêu vấn đề trong các bài học có thí nghiệm hóa học
Trong quá trình dạy học hóa học, thí nghiệm được coi là nguồn kiến thức để hình thành các khái niệm hóa học cơ bản và truyền thụ kiến thức, là cầu nối giữa lí thuyết và thực tiễn. Thông qua thí nghiệm hóa học giúp HS hiểu sâu, nắm vững kiến thức và nâng cao hứng thú say mê trong học tập. Đặc biệt, thí nghiệm hóa học còn giúp hoạt động hóa người học, phát triển tư duy sáng tạo, hình thành năng lực phát
hiện và giải quyết vấn đề cho HS nếu như các thí nghiệm được tiến hành theo hình thức thí nghiệm nêu vấn đề.
2.2.2.1. Thí nghiệm được dùng để nêu vấn đề trong dạy học hóa học.
Đó là các thí nghiệm được dùng để tạo nên các tình huống có vấn đề trong dạy học hóa học. Thí nghiệm nêu vấn đề có lợi thế trước hết ở đặc tính trực quan sinh động của đối tượng nghiên cứu. Đó là tình huống bất ngờ, sự không bình thường của phản ứng hóa học xảy ra trong thí nghiệm như biến đổi màu sắc, thay đổi trạng thái, hoặc cháy hay nổ ngoài dự kiến của người quan sát. Chính những dấu hiệu không bình thường này đã lôi cuốn sự chú ý của HS và tạo ra thế năng tâm lý muốn nghiên cứu, muốn tìm hiểu nguyên nhân của hiện tượng khác thường trong thí nghiệm. Khi quan sát và suy nghĩ về các thí nghiệm nêu vấn đề,
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 30 HS thấy được mâu thuẫn (tình huống có vấn đề) về nhận thức. Dưới sự hướng dẫn của GV, HS xây dựng giả thuyết để tìm ra con đường giải quyết vấn đề. Như vậy thí nghiệm nêu vấn đề sẽ đặt HS vào vị trí người nghiên cứu, tìm tòi một cách sáng tạo để giải quyết nhiệm vụ đặt ra
2.2.2.2. Một số đặc điểm của thí nghiệm được dùng để nêu vấn đề.
Thí nghiệm này ngoài việc cung cấp kiến thức, hình thành các khái niệm còn được dùng để sửa các lỗi về nhận thức của HS và hiệu chỉnh các kiến thức về các vấn đề riêng biệt trong chương trình hóa học. Trong quá trình hoàn thành các thí nghiệm nêu vấn đề, HS thường đi đến kết luận có tính chất tổng quát đồng thời cũng phát triển được kĩ năng của mình. Việc giải quyết những vấn đề chưa rõ ràng trong nhận thức bằng thí nghiệm sẽ khơi dậy tính độc lập sáng tạo cho HS.
- Trong dạy học hóa học, thí nghiệm có thể được thực hiện ở các dạng: + Thí nghiệm biểu diễn của GV.
+ Thí nghiệm nghiên cứu của HS sau khi học xong bài mới.
- Thí nghiệm được dùng để nêu vấn đề do HS thực hiện có thể tiến hành theo 2 mức độ:
+ GV nêu vấn đề nghiên cứu, HS làm thí nghiệm và xuất hiện (nảy sinh) tình huống có vấn đề. GV hướng dẫn HS xây dựng giả thuyết khoa học và lập
kế hoạch giải quyết vấn đề. Sau đó là xử lý kết quả và nêu giả thuyết khoa học. + GV nêu vấn đề nghiên cứu, HS làm thí nghiệm và xuất hiện (nảy sinh) tình huống có vấn đề. GV hướng dẫn HS xây dựng giả thuyết khoa học và lập kế hoạch giải quyết vấn đề. Sau đó là xử lý kết quả và nêu giả thuyết khoa học.
+ Ở mức độ cao hơn, GV chỉ nêu vấn đề nghiên cứu, HS độc lập tiến hành thí nghiệm và cũng nảy sinh tình huống có vấn đề. HS tự xây dựng giả thuyết khoa học, tiến hành các thí nghiệm trong kế hoạch giải quyết vấn đề. Sau đó tự phân tích, xử lí kết quả và rút ra kết luận khoa học.
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 31 Không phải bất kì thí nghiệm hóa học nào cũng có thể sử dụng để tạo ra tình huống có vấn đề trong giờ học. Thí nghiệm dùng để tạo tình huống có vấn đề là thí nghiệm mà qua đó có thể đặt ra và giải quyết các vấn đề hiện tượng khác nhau. Tức là qua thí nghiệm phải nảy sinh được một trong các tình huống, các vấn đề trong dạy học hóa học như : tình huống nghịch lí bế tắc, tình huống lựa chọn và tình huống vận dụng. Nội dung các thí nghiệm này cần dựa vào sự hiểu biết về những hiện
tượng và các quy luật HS đã biết. Khi trình bày các thí nghiệm dùng để nêu vấn đề, cần trình bày trước các thí nghiệm để dẫn dắt, xác định vấn đề và hướng giải quyết vấn đề nảy sinh trong trong thí nghiệm dùng để nêu vấn đề vừa trình bày.
2.2.2.3. Quy trình dạy HS giải quyết các vấn đề trong các bài có sử dụng thí nghiệm.
♦ Bước 1: Đặt vấn đề
- Biểu diễn lại thí nghiệm đã quen biết theo quy luật nào đấy hoặc nhắc lại kiến thức cũ mà HS đã biết và đã hiểu.
- Trình bày lại thí nghiệm trong điều kiện mới (có thể khác về nồng độ, môi trường, nhiệt độ, chất tương tự ).
- Yêu cầu HS có suy nghĩ và nhận xét qua quan sát các dấu hiệu của thí nghiệm.
♦ Bước 2 : Phát biểu vấn đề.
Trên cơ sở phân tích những dấu hiêu, hiện tượng đã quan sát được, GV yêu cầu HS lập mối quan hệ giữa dấu hiệu bề ngoài, bản chất của các quá trình và trả lời các câu hỏi:
- Phản ứng (thí nghiệm) vừa rồi xảy ra ở điều kiện nào?
- Các dấu hiệu chứng tỏ phản ứng xảy ra trong thí nghiệm đã tạo thành những sản phẩm nào? Có giống với sản phẩm đã biết hay không?
- Như vậy ngoài những tính chất đã biết, nguyên tố (chất) đang nghiên cứu còn có những tính chất gì khác?
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 32 - GV yêu cầu HS nhắc lại điều kiện của 2 thí nghiệm đã trình bày (hoặc biểu diễn lại các thí nghiệm đó).
- Xác định sản phẩm của phản ứng sau (ở thí nghiệm 2)
Để giải quyết được vấn đề này, GV yêu cầu HS căn cứ vào những dấu hiệu đã quan sát được để tổng hợp, phân tích, so sánh rồi phán đoán xem chất mới này là chất gì. Cũng có thể bằng cách thử chất này bằng các phản ứng đặc trưng hoặc dùng chất chỉ thị.... sau đó viết PTHH.
Để xác định được tính chất khác của chất nghiên cứu trong điều kiện mới, GV yêu cầu HS dựa vào việc kết luận về chất mới tạo thành và PTHH. Từ đó xác định sự biến đổi số oxi hóa trong phản ứng có xảy ra hay không? Nếu có thì biến đổi như thế nào? Chất nào nhường electron, chất nào nhận electron? Trung tâm phản ứng là ở nguyên tử hay ion nào? Từ đó xác định những tính chất khác của nguyên tố (hay chất phản ứng) ở điều kiện mới là gì?
♦ Bước 4 : Lập kế hoạch giải:
- Vấn đề 1: Phản ứng (thí nghiệm 2) được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ, nồng độ, xúc tác, áp suất....
- Vấn đề 2:
+ Chất mới sinh ra ở thí nghiệm 2 có trạng thái, màu sắc, mùi, .... + Chất mới sinh ra làm chất chỉ thị .... đổi màu.... Vậy chất đó là....
+ Vậy PTHH là...phản ứng này thuộc loại.... và chất (nguyên tố) đang nghiên cứu, ngoài các tính chất đã biết thì còn có thêm tính chất ... ở điều kiện...
♦ Bước 5: Giải theo kế hoạch.
♦ Bước 6: Đánh giá việc thực hiện kế hoạch giải:
Căn cứ vào việc tiến hành thí nghiệm, kết quả thí nghiệm và quá trình phân tích so sánh thì xác nhận kế hoạch giải ở trên là đúng.
♦ Bước 7: Kết luận về lời giải:
GV chỉnh lý, bổ sung và chỉ ra những điều cần lĩnh hội.
♦ Bước 8: Kiểm tra lại kiến thức vừa tiếp thu và dạy HS tập vận dụng kiến thức cho HS, thực hiện thí nghiệm với một số chất khác tương tự (ở cùng điều kiện nghiên cứu với thí nghiệm 2)
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 33 Ví dụ: dạy HS giải quyết vấn đề khi dạy sự thủy phân của muối:
Đây là một vấn đề khó tiếp thu đối với HS. Thực tế HS thường mắc sai sót trong việc xác định chiều hướng và sản phẩm của phản ứng thủy phân. Từ đó viết phương trình phân tử và phương trình ion của các phản ứng cụ thể không chính xác.
Để dạy HS có hiệu quả phần này, cần đưa thí nghiệm lên trước để tạo tình huống có vấn đề. Từ các hiện tượng bất ngờ của phản ứng thủy phân trong thí nghiệm (được biểu hiện qua các dấu hiệu đặc trưng) sẽ lôi cuốn HS vào việc nghiên cứu và làm sáng tỏ bản chất của các hiện tượng đó.
Coi khái niệm về sự thủy phân của muối là vấn đề lớn và việc giải quyết vấn đề lớn này là kết quả tổng hợp của quá trình giải quyết lần lượt các vấn đề nhỏ.
Mặt khác trong quá trình giải quyết các vấn đề nhỏ này, khi áp dụng các mức độ của dạy học nêu vấn đề, tùy theo mức độ phức tạp của vấn đề, năng lực nhận thức của HS mà áp dụng các mức độ khác nhau của dạy học nêu vấn đề.
Tiến trình dạy HS giải quyết vấn đề về sự thủy phân (phản ứng thủy phân của muối):
Trước hết GV nêu vấn đề lớn cho cả bài học: Thế nào là sự thủy phân? Khi nào thì xảy ra sự thủy phân và đặc điểm môi trường (pH) trong từng trường hợp như thế nào?
a. Vấn đề 1: dung dịch muối được tạo bởi cation của bazơ mạnh và anion của axit yếu.
Đối với vấn đề 1, lần đầu tiên HS tiếp thu khái niệm thủy phân nên áp dụng mức độ 1 của dạy học nêu vấn đề, GV tạo tình huống có vấn đề, phát biểu vấn đề, nêu giả thuyết để giải quyết vấn đề.
- Bước 1: Đặt vấn đề:
GV cho HS xem lọ muối CH3COONa (tinh thể) và nêu câu hỏi: đây thuộc loại muối gì? (muối trung hòa hay muối axit hay muối bazơ).
HS trả lời đó là loại muối trung hòa (vì ở phần trước HS đã được làm quen với khái niệm: muối axit hay muối bazơ thì trong thành phần cấu tạo phải có ion H+ hoặc ion OH−).
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 34 GV lấy một ít muối này hòa tan vào nước cất rồi thử môi trường của dung dịch bằng phenolphtalein (tạo tình huống có vấn đề bằng thí nghiệm).
GV yêu cầu HS quan sát hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm. Khi phát hiện ra hiện tượng : dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng thì HS rất ngạc nhiên. Muối natri axetat có phải là muối trung hòa hay không?
- Bước 2: Phát biểu vấn đề: GV nêu các câu hỏi:
+ Hiện tượng vừa quan sát cho thấy điều gì? Tại sao muối natri axetat không có ion OH– trong thành phần cấu tạo mà khi hòa tan vào H2O lại thể hiện tính bazơ (môi trường kiềm).
+ Có sự kiện (phản ứng) nào đã xảy ra? Môi trường kiềm do đâu mà có? + Ngoài các tính chất đã biết muối CH3COONa còn có tính chất gì? - Bước 3: Xác định phương hướng giải quyết – nêu giả thuyết.
+ GV yêu cầu HS trao đổi xem khi hòa tan muối CH3COONa vào H2O thì trong dung dịch sẽ có những thành phần nào? Các thành phần đó tồn tại như thế nào trong dung dịch?
+ Môi trường kiềm trong dung dịch có thể là do ion OH– của H2O. Nhưng để cho nồng độOH− lớn thì trong dung dịch còn có các quá trình khác làm cân bằng chuyển dịch ion của nước về phía tạo ra ion OH–.
- Bước 4 : Lập kế hoạch giải:
+ Khi hòa tan muối natri axetat vào nước thì trong dung dịch sẽ có các phân tử và các ion nào? Các phân tử và các ion đó lập nên các cân bằng ion nào?
+ Các ion tạo thành có ion nào kết hợp được với nhau để tạo thành chất mới. Chất mới tạo thành là chất điện li mạnh hay yếu, ảnh hưởng gì đến cân bằng tạo thành các ion?
+ Rút ra bản chất muối natri axetat tương tác với nước tạo ra môi trường gì? Nhận xét muối natri axetat được tạo bởi cation và anion như thế nào?
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 35 + Khi hòa tan muối natri axetat vào nước thì trong dung dịch sẽ có các phân tử: H2O, CH3COONa và các ion: CH3COO–, Na+, OH–, H+. Các phân tử và ion trên đây lập nên các cân bằng ion sau:
CH3COONa ⇌ CH3COO– + Na+ (1) H2O ⇌ H+ + OH– (2)
+ Đồng thời do CH3COOH là chất điện li yếu nên trong dung dịch còn tồn tại quá trình:
CH3COO– + H+ ⇌ CH3COOH
Do quá trình này nên làm giảm nồng độ ion H+ làm cho cân bằng (2) chuyển dịch về phía bên phải và làm tăng nồng độ OH− trong dung dịch. Đây chính là nguyên nhân tạo ra môi trường kiềm trong dung dịch (phenolphtalein chuyển sang màu hồng).
Bản chất của vấn đề là muối CH3COONa đã tác dụng vói nước theo PTHH: CH3COONa + H2O ⇌ CH3COOH + NaOH
CH3COO– + H2O ⇌ CH3COOH + OH–
Đây là tính chất mới khác với những tính chất của muối mà HS đã biết. Tính chất này được gọi là sự thủy phân của của muối và phản ứng giữa muối và nước được gọi là phản ứng thủy phân.
Trong trường hợp vừa xét, muối bị thủy phân cấu tạo từ cation của bazơ mạnh và anion của axit yếu.
- Bước 6: Đánh giá việc thực hiện kế hoạch giải.
Theo quan điểm về cân bằng ion trong dung dịch điện li đối với dung dịch muối của axit yếu và bazơ mạnh thì quá trình giải như trên là đúng.
- Bước 7: Kết luận về lời giải:
Phản ứng giữa muối và nước được gọi là phản ứng thủy phân. Trong trường hợp muối được tạo bởi cation của bazơ mạnh và anion của axit yếu thì anion của axit sẽ tham gia phản ứng thủy phân (bị thủy phân). Kết quả là tạo ra môi trường kiềm trong dung dịch.
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 36 - Bước 8: Kiểm tra lại kiến thức vừa tiếp thu và dạy HS vận dụng kiến thức bằng cách hòa tan một vài muối khác cũng được cấu tạo bởi cation của bazơ mạnh và anion của axit yếu như K2CO3.
Vấn đề 2: dung dịch muối được tạo bởi cation của bazơ yếu và anion của axit mạnh.
Việc giải quyết vấn đề 1 đã giúp HS tiếp cận được nội dung nghiên cứu ở một mức độ nhất định về kiến thức và logic phát triển vấn đề. Vì vậy ở trường hợp này áp dụng mức độ 2 của dạy học nêu vấn đề: GV đặt vấn đề, phát biểu vấn đề, HS nêu giả thuyết và giải quyết vấn đề.
Tóm tắt các bước giải quyết của vấn đề 2:
GV cũng tạo tình huống có vấn đề bằng thí nghiệm: hòa tan muối CuCl2
tinh thể vào cốc nước cất rồi thử môi trường bằng quỳ tím. Vấn đề nảy sinh khi quỳ tím đỏ ( môi trường axit xuất hiện). Đây cũng là muối trung hòa nhưng khi hòa tan lại tạo ra môi trường axit.
Sau đó GV yêu cầu HS nêu giả thuyết, lập kế hoạch và giải quyết vấn đề theo giả thuyết, viết PTHH rồi đi đến kết luận.
Với cách lập luận tương tự vấn đề 1, HS giả thiết rằng trong truòng hợp này cation của bazơ yếu ( Cu2+
) đã kết hợp với anion OH– của nước và tạo ra chất điện li yếu là Cu(OH)2. Do đó cũng làm chuyển dịch cân bằng ion của nước theo chiều tạo ra ion H+
và làm tăng nồng độ ion H+ trong dung dịch. HS tự viết PTHH:
CuCl2 + H2O ⇌ Cu(OH)Cl + HCl Cu2+ + H2O ⇌ Cu(OH)+ + H+
HS tự đánh giá kết quả lời giải (kiểm tra lại cách gải). Rút ra kết luận về về việc giải quyết vấn đề 2.
Trường hợp muối được tạo bởi cation của bazơ yếu và anion của axit mạnh thì cũng xảy ra sự thủy phân và kết quả là dung dịch có môi trường axit (pH < 7). HS tự kiểm tra kết luận bằng cách hòa tan một ít muối khác cũng được tạo bởi cation của bazơ yếu và anion của axit mạnh (ví dụ FeCl3) rồi thử môi trường để xác nhận kết luận bằng thực nghiệm.
Đồng Thị Tuyết – K33B Hóa 37 c. Vấn đề 3: Muối của axit mạnh và bazơ mạnh.
Trên cơ sở nội dung đã trình bày và cách lập luận ở hai vấn đề trên, trường hợp này áp dụng mức độ 3 của dạy học nêu vấn đề. GV yêu cầu HS dựa vào