Hóa học vào giải quyết vấn đề thực tiễn
Hình 1. 23. Mức độ kết nối các kiến thức liên môn vào giải quyết vấn đề trong
thực tiễn
Trong q trình học tập mơn Hóa học, chỉ có 36 em (15 ) thƣờng xuyên vận dụng những kiến thức, kĩ n ng đã đƣợc học để giải quyết những vấn đề, giải thích các sự việc, hiện tƣợng mà em gặp phải trong cuộc sống. Thậm chí có những em cịn chƣa bao giờ vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề có liên quan chứng tỏ n ng lực c c em chƣa đƣợc rèn luyện nhiều và chƣa có tính s ng tạo. Cùng với đó, c c em HS cũng chƣa biết vận dụng kiến thức của những môn học khác vào giải quyết vấn đề trong khi các vấn đề trong thực tiễn đều cần kiến thức đa ngành mới giải quyết đƣợc triệt để. Khó kh n khi vận dụng kiến thức, kĩ n ng đã đƣợc học để giải quyết những vấn đề mà em gặp phải đƣợc thống kê lại trong bảng dƣới đây:
Bảng 1. 7. Khó khăn của HS khi VDKT đã học để giải quyết những tình huống gắn với thực tiễn
Khó khăn Số HS Tỉ lệ %
Kiến thức, kĩ n ng của bản thân chƣa tốt để giải quyết vấn đề 106 44,2 Chƣa li n kết tốt kiến thức của các môn học để giải quyết trọn
v n vấn đề
104 43,3
VDKTVTT giải quyết đƣợc vấn đề nhƣng chƣa có s ng tạo 58 24,2
Khơng có khó kh n gì 24 10
Ý kiến khác 2 0,8
Ngồi ta cịn một số ý kiến kh c của HS nhƣ: Nếu về vấn đề giải quyết bài tập thì khơng có qu nhiều khó kh n nhƣng nếu là vấn đề kiến thức để giải thích hiện tƣợng thì hiếm khi giải thích n n có chút khó kh n nhất định. Một số vấn đề giải quyết chƣa thực sự tồn diện.
Hình 1. 3. Mức độ HS thích tham gia các dự án học tập,
hoạt động trải nghiệm, nghiên cứu khoa học thuộc
lĩnh vực Hóa học
Hình 1. 4. Mức độ GV tổ chức các dự án học tập, hoạt động trải nghiệm, nghiên cứu
khoa học thuộc lĩnh vực Hóa học
Hình 1. 5. Tỉ lệ HS được tham gia học
tập STEM
HS là lứa tu i thích vui chơi, hoạt động, tìm tịi, kh m ph n n đa số các em đều thích tham gia các dự án học tập, hoạt động trải nghiệm, nghiên cứu khoa học thuộc lĩnh vực Hóa học. Tr i ngƣợc lại, mức độ GV thƣờng xuyên t chức các hoạt
động ấy cho HS là rất ít. Cùng với đó, chỉ có 53 HS (22,1 ) là đã đƣợc tham gia vào các hoạt động STEM chủ yếu là hình thức hoạt động ngoại khóa hoặc tham gia các cuộc thi nghiên cứu khoa học các cấp.
Bảng 1.8. Các hình thức học tập STEM HS tham gia
Hình thức học tập STEM
55 HS đã tham gia học tập STEM
Số HS Tỉ lệ %
Tham gia hoạt động trải nghiệm STEM 25 47,2
Hoạt động nghiên cứu khoa học (NCKH) 37 69,8
Sinh hoạt câu lạc bộ STEM, câu lạc bộ Hóa học,… 20 37,7 Bài học STEM trong tiết học của các môn Khoa học,
K thuật, Cơng nghệ, Tốn
15 28,3
Với những HS chƣa đƣợc học tập STEM, các em có thể hiện những mong muốn của mình về học tập STEM nhƣ bảng 1.11:
Bảng 1.9. Mong muốn của HS về học tập STEM
Mong muốn của HS về học tập STEM
185 HS chƣa tham gia học tập STEM
Số HS Tỉ lệ %
Đƣợc làm nhiều thí nghiệm, mơ hình, sản phẩm STEM 107 57,2 Đƣợc trải nghiệm, vui chơi tại các ngày hội STEM 80 42,8 Học hỏi những ý tƣởng sáng tạo từ sản phẩm STEM 71 38 Rèn luyện bản thân để phát triển c c n ng lực, phẩm chất
thơng qua học tập STEM
Hình 1. 6. Mức độ nhận thức việc việc hình thành NLVDKTVTT
Hình 1. 7. Ý nghĩa của học tập STEM với việc phát triển NLVDKTVTT với HS
Dù ít vận dụng kiến thức c c mơn học để giải quyết c c vấn đề trong học tập và thực tiễn nhƣng hầu em HS đều cho rằng việc việc hình thành NLVDKTVTT trong học tập là quan trọng (100 HS) và rất quan trọng (110 HS). Các em còn nhận thức đƣợc học tập STEM sẽ giúp phát triển NLVDKTVTT – một NL quan trọng mà HS chƣa đƣợc rèn luyện nhiều tại c c nhà trƣờng. Nhƣng phản hồi yêu thích và mong muốn đƣợc học tập STEM chiếm phần lớn, vậy nên việc thiết kế và t chức dạy học các chủ đề STEM nhằm phát triển NLVDKTVTT là đ p ứng nhu cầu thiết yếu tạo địa bàn nghiên cứu.
Tiểu kết chƣơng 1
Chúng tơi đã trình bày về cơ sở lý luận về dạy học theo định hƣớng tiếp cận gi o dục STEM, t ng quan nghi n cứu về dạy học theo gi o dục STEM, về kh i niệm NLVDKTVTT, c c biểu hiện của NLVDKTVTT.
Kết quả nghi n cứu về lí luận đã khẳng định việc xây dựng và t chức dạy học gi o dục STEM trong môn Ho học nhằm ph t triển NLVDKTVTT cho HS trung học ph thơng là vấn đề có nhiều ý nghĩa thời sự cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, đ p ứng y u cầu đ i mới gi o dục ph thông hiện nay.
Tr n cơ sở kết quả điều tra thực trạng dạy mơn Hóa học theo định hƣớng tiếp cận gi o dục STEM và NLVDKTVTT của GV và HS THPT, chúng tôi thấy rắng việc dạy học theo định hƣớng tiếp cận gi o dục STEM và ph t triển NLVDKTVTT cho HS còn kh mới m , nhiều giáo vi n mới chỉ hiểu STEM một cách mơ hồ, chƣa biết c ch triển khai dạy học một chủ đề STEM và rất ít HS đã học một chủ đề theo định hƣớng này. Việc dạy học còn nặng về lý thuyết để tập trung cho thi cử mà thiếu sự vận dụng kiến thức, k n ng đã học vào thực tiễn cuộc sống. Tr n thực tế hiện nay, học sinh lại có nhu cầu lớn về kh m ph những điều mới, muốn giải quyết đƣợc c c tình huống thực tiễn li n quan đến bộ mơn hóa học nhiều hơn. Trên đây là cơ sở để chúng tôi đề xuất c c giải ph p cho dạy học định hƣớng tiếp cận STEM chƣơng Cacbon - Silic nhằm ph t triển NLVDKTVTT cho HS THPT.
CHƢƠNG 2
THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “CAC ON-SI IC” – HÓA HỌC 11
2.1. Phân tích vị trí, mục tiêu, nội dung và cấu trúc chƣơng “Cacbon-Silic” – Hóa học 11 Hóa học 11
2.1.1. Vị trí, mục tiêu chương “Cacbon-Silic” – Hóa học 11
2.1.1.1. Vị trí chương “Cacbon-Silic” – Hóa học 11
Chƣơng Cacbon – Silic đƣợc sắp xếp vào chƣơng 3 trong chƣơng trình hóa học lớp 11 THPT – Ban cơ bản, sau khi nghi n cứu về Nitơ, Amoniac và muối amoni, axit nitric và muối nitrat, photpho, axit photphoric và muối photphat, phân bón hóa học
2.1.1.2. Mục tiêu chương “Cacbon-Silic” – Hóa học 11
*Về kiến thức
● Học sinh trình bày đƣợc
- Vị trí của cacbon, silic trong bảng tuần hoàn c c nguy n tố hóa học, cấu hình electron nguy n tử, tính chất vật lý (dạng thù hình, cấu trúc tinh thể, màu sắc, độ cứng, độ dẫn điện) và ứng dụng của cacbon và silic,
- Trong hợp chất, cacbon thƣờng có số oxi hóa -4, +2 hoặc +4, silic thƣờng có số oxi hóa là -4 hoặc +4).
- Tính chất vật lý của CO, CO2 và tính tan của muối cacbonat.
- C ch nhận biết muối cacbonat bằng nhiều phƣơng ph p kh c nhau - Tính chất hóa học cơ bản của Cacbon và Silic.
- Tính chất hóa học cơ bản của c c hợp chất CO, CO2, muối cacbonat, SiO2, H2SiO3.
● Học sinh giải thích đƣợc
- Sự li n quan giữa vị trí với cấu tạo nguy n tử và cấu tạo nguy n tử với tính chất hóa học của cacbon, silic và hợp chất.
- Cacbon, silic có tính oxi hóa yếu (trong phản ứng với hiđro và một số kim loại nhƣ Calcium, Magnesi,..), tính khử (khử oxi, oxit kim loại, c c hợp chất có tính oxi hóa kh c). Tính khử là tính chất hóa học đặc trƣng của cacbon và silic.
- CO có tính khử (khử nhiều oxit kim loại sau nhôm), CO2 là một oxit axit, có tính oxi hóa yếu (t c dụng với chất khử mạnh nhƣ Mg, C).
● Học sinh vận dụng đƣợc
- C c kiến thức đã đƣợc học để giải c c bài tập có li n quan.
- C c kiến thức đã đƣợc học để giải thích một số vấn đề trong thực tế đời sống nhƣ
+ Khả n ng làm sạch nƣớc của than hoạt tính, + Nguy n nhân tử vong khi hít phải khí CO,
+ C ch giảm thiểu hiệu ứng nhà kính gây ảnh hƣởng đến khí hậu tồn cầu + Ứng dụng của “nƣớc đ khô”,
+ Dùng CO2 để chữa ch y (trừ đ m ch y kim loại mạnh nhƣ Al, Mg…) + Hiện tƣợng tạo thành thạch nhũ trong c c hang động,
+ Sản xuất nƣớc ngọt có gas,
+ Sản xuất thuốc nabica - thuốc giảm đau dạ dày, + Rất nhiều ứng dụng của baking soda…
+ Sản xuất thủy tinh, đồ gốm, thủy tinh, xi m ng,...
*Về năng lực
N ng lực chuyên môn
- Viết và cân bằng c c PTHH dƣới dạng phân tử và ion của c c phản ứng trao đ i, phản ứng oxi hóa khử… minh họa tính chất hóa học của cacbon, silic và hợp chất của chúng
- Rèn luyện kĩ n ng thực hành: Thực hiện đƣợc một số thí nghiệm đơn giản nghi n cứu TCHH của Cacbon, Silic và hợp chất của chúng.
- Quan s t, phân tích, t ng hợp, dự đo n tính chất… để giải thích c c hiện tƣợng thí nghiệm và một số hiện tƣợng tự nhi n trong thực tiễn cuộc sống.
- Nhận biết đƣợc một số hợp chất của Cacbon, Silic. - Giải bài tập định tính và định lƣợng có li n quan.
- Bảo quản, sử dụng đƣợc hợp lí, an tồn, hiệu quả vật liệu thủy tính, đồ gốm, xi m ng.
- N ng lực tự học - N ng lực hợp t c
- N ng lực ph t hiện và giải quyết vấn đề - N ng lực giao tiếp
*Về phẩm chất
- Tự gi c, tích cực nghi n cứu, tìm hiểu tính chất của c c chất và ứng dụng của chúng trong thực tiễn cuộc sống.
VD: Tính chất và ứng dụng của C, CO2 , NaHCO3…
- Có ý thức bảo vệ mơi trƣờng, có biện ph p khắc phục những hoạt động, hiện tƣợng gây ô nhiễm môi trƣờng.
VD: Giảm thiểu lƣợng khí thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính, ảnh hƣởng đến khí hậu tồn cầu,...
2.1.2. Cấu trúc, nội dung chương “Cacbon-Silic” – Hóa học 11
Chƣơng Cacbon – Silic Hóa học 11 trong chƣơng trình GDPT hiện hành gồm 5 bài tƣơng ứng với 4 tiết học (3 tiết lý thuyết, 1 tiết lý thuyết giảm tải học sinh tự nghi n cứu, 1 tiết luyện tập)
Bảng 2.1. Bảng cấu trúc nội dung chương Cacbon – Silic, Hóa học 11
STT Tên bài Số tiết
1 Cacbon 1
2 Hợp chất của cacbon 1
3 Silic và hợp chất của silic 1
4 Công nghiệp silicate (hƣớng dẫn HS tự nghi n cứu) Giảm tải 5 Luyện tập: Tính chất của cacbon, silic và hợp chất 1
Nội dung kiến thức trong phần Cacbon – Silic đƣợc trình bày logic, thể hiện qua sơ đồ sau:
2.1.3. Một số điểm cần lưu ý về nội dung và phương pháp dạy học chương “Cacbon – Silic”
Chƣơng Cacbon – Silic đƣợc phân bố trong 4 tiết. Nội dung kiến thức trong chƣơng nghi n cứu về vị trí trong bảng tuần hồn, đặc điểm cấu tạo, tính chất hóa học cơ bản, phƣơng ph p điều chế, vai trò quan trọng của c c nguy n tố và hợp chất của hai nguy n tố quan trọng của cacbon và silic. Nghi n cứu tính chất của của c c đơn chất cacbon, silic đƣợc xuất ph t từ sự phân tích cấu hình electron lớp ngồi cùng của nguy n tử (ns2
np2) ở trạng th i cơ bản có 2 electron độc thân và 4 electron độc thân ở trạng th i kích thích n n trong hợp chất chúng có cộng hóa trị 2 và 4. Trong hợp chất, tùy thuộc vào độ âm điện của nguy n tố li n kết với chúng mà chúng có c c số oxi hóa -4, +2, +4 (trừ Ge, Sn, Pb). Từ gi trị c c số oxi hóa của cacbon có thể dự đo n đƣợc tính chất hóa học của cacbon (tính khử, tính oxi hóa) và dùng thí nghiệm, c c phản ứng với oxi, oxit kim loại, hiđro, kim loại để giải thích tính chất của cacbon. Nghi n cứu hợp chất CO chú ý phân tích cấu tạo phân tử có hai li n kết cộng hóa trị và một li n kết cho nhận làm cho phân tử rất bền với nhiệt, k m hoạt động ở nhiệt độ thƣờng giống nitơ nhƣng kh c nitơ ở tính độc và tính khử mạnh. Với CO2 cần chú ý đến tính oxi hóa khi t c dụng với một số kim
Luyện tập tính chất của Cacbon – Silic và hợp chất của chúng Điều chế/Ứng dụng
Cấu tạo ngun tử, liên kết hóa học Vị trí của Cacbon – Silic trong BTH
Cacbon – Silic (Lớp 11) Cacbon – Silic (Lớp 9)
loại có tính khử mạnh nhƣ Al, Mg, Na...C c kim loại này ch y mạnh trong khí cacbonic n n không thể dùng CO2 để dập tắt đ m ch y của c c kim loại này. Khí CO2 khơng phải là chất gây ô nhiễm không khí nghi m trọng nhƣ c c khí kh c nhƣng nó li n quan mật thiết đến môi trƣờng nhƣ hiệu ứng nhà kính. Với muối cacbonat thì hiện nay ngƣời ta mới biết đƣợc muối hiđrocacbonat của kim loại kiềm, kim loại kiềm th và một vài kim loại kh c. Tất cả c c muối hiđrocacbonat đều tan trong nƣớc trừ NaHCO3 ít tan. C c muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm khi đun nóng khơng bị phân hủy mà chỉ nóng chảy cịn c c muối cacbonat kh c thì bị phân hủy thành CO2. Những muối cacbonat của kim loại hóa trị ba nhƣ Al, Fe,...khơng tồn tại trong dung dịch nƣớc. Khi nghi n cứu silic cần so s nh với cacbon về tính oxi hóa, tính khử của chúng. Với hợp chất SiO2 cần chú ý đến tính chất oxit axit khi t c dụng với oxit bazơ ở nhiệt độ cao, t c dụng với kiềm NaOH và sođa nóng chảy. SiO2 chỉ t c dụng với flo và axit flohiđric ở điều kiện thƣờng. Về công nghiệp silicat HS cần biết c c ngành công nghệ silicat, công nghệ thủy tinh, đồ gốm, xi m ng về nguy n liệu, c c công đoạn của qu trình sản xuất, thành phần hóa học của c c loại sản phẩm và ứng dụng thực tiễn của chúng. Với xi m ng HS phải biết thành phần hóa học của clanke, qu trình đơng cứng của xi m ng khi trộn với nƣớc và tại sao phải tƣới nƣớc trong thời gian xi m ng đang đông cứng. C c nội dung đƣợc học trong chƣơng Cacbon – Silic có nhiều kiến thức li n hệ với đời sống, với môi trƣờng nhƣ C, CO, CO2, muối cacbonat, silic và c c hợp chất của silic…Từ đó, HS có thể tự li n hệ với thực tiễn một c ch dễ dàng, có nhiều điều kiện thuận lợi để vận dụng gi o dục STEM để hƣớng dẫn giảng dạy cho HS. Để quá trình dạy học đạt đƣợc hiệu quả cao, GV cần phải lựa chọn, phối hợp một c ch hợp lý c c PPDH. C c phƣơng ph p (PP) có thể sử dụng trong dạy học gồm: PP đàm thoại, tìm tịi, n u và giải quyết vấn đề, DH hợp t c, thảo luận nhóm, DHTDA, DH WebQ và PP trực quan.
2.2. Nguyên tắc thiết kế chủ đề dạy học STEM trong dạy học Hóa học
- Nguyên tắc 1: Đảm bảo mục tiêu giáo dục hình thành và phát triển năng lực cần thiết cho người học.
Nội dung chủ đề STEM phải chú trọng đến việc ph t triển những n ng lực cần thiết cho ngƣời học sau khi học xong chủ đề, đặc biệt là n ng lực giải quyết vấn đề, n ng lực s ng tạo,... Có hai cách để lựa chọn nội dung trong chủ đề STEM:
- Cách thứ nhất ứng với c ch tiếp cận nội dung.
Sơ đồ logic cách này nhƣ sau: Nội dung → C c n ng lực ri ng l ứng với mục ti u cụ thể → N ng lực ứng với mục ti u.
- Cách thứ hai ứng với tiếp cận ph t triển n ng lực. Sơ đồ logic của cách này