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
thông 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” – HĨA 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 nhơm), 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 nguyên 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 khơng thể dùng CO2 để dập tắt đ m ch y của c c kim loại này. Khí CO2 không phải là chất gây ơ nhiễm khơng 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,...không 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 cơng 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 nhƣ sau: Mục ti u chủ đề STEM → C c n ng lực ri ng l ứng với mục ti u cụ thể → Nội dung.
- Nguyên tắc 2: Đáp ứng yêu cầu phát triển của xã hội, mang tính thiết thực và có ý nghĩa với người học.
Chủ đề phải đảm bảo việc cung cấp những kiến thức nền tảng, c n bản cho HS nhƣng vẫn phải đảm bảo đƣợc việc tinh giản những kiến thức chƣa thực sự cần, cung cấp những tri thức gắn bó với cuộc sống để c c em p dụng ngay trong cuộc sống hàng ngày.
- Nguyên tắc 3: Đảm bảo tính khoa học và tiếp cận những thành tựu của
khoa học kĩ thuật nhưng vừa sức với học sinh.
Nội dung c c chủ đề STEM cần tiếp cận ở mức độ vừa sức, tạo điều kiện cho học sinh trải nghiệm và kh m ph kiến thức. HS sẽ giải thích c c hiện tƣợng xảy ra xung quanh cuộc sống dựa tr n những gì đƣợc học thơng qua c c chủ đề STEM.
- Nguyên tắc 4: Đảm bảo tính giáo dục và giáo dục vì sự phát triển bền vững.
Y u cầu hiện đại hóa đất nƣớc, ph t triển bền vững đƣợc đặt ra cấp thiết với c c quốc gia trong bối cảnh hội nhập. Vì vậy, việc hình thành th i độ sống hịa hợp, yêu thiên nhiên, bảo vệ môi trƣờng là vô cùng quan trọng đối với mỗi nền gi o dục.
- Nguyên tắc 5: Tăng tính thực hành, thực tiễn, ứng dụng và quan tâm tới các vấn đề xã hội mang tính địa phương.
Thực tế cuộc sống đòi hỏi việc học để tạo ra sản phẩm, để p dụng trong thực tiễn, vì vậy c c chủ đề STEM cần t ng tính thực hành, thực tiễn. Ngoài ra chủ đề cũng cần đề cập tới c c vấn đề mang tính xã hội của địa phƣơng để giúp HS có thể hiểu biết nhất định về nơi mình sinh sống.
- Nguyên tắc 6: Đảm bảo tính tích hợp giữa các lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kỹ thuật và tốn học.
Dạy học STEM làm hình thành và ph t triển ở HS những NL cần thiết trong đó có NLVDKT để giải quyết có hiệu quả c c tình huống thực tiễn, giải quyết c c bài tập hàng ngày. Qua đó, đặt cơ sở nền móng cho qu trình học tập tiếp theo.
2.3. Quy trình thiết kế chủ đề dạy học STEM trong dạy học Hóa học a. Quy trình xây dựng bài học STEM a. Quy trình xây dựng bài học STEM
Hình 2.1. Quy trình xây dựng chủ đề /bài học STEM
ƣớc 1
ựa chọn nội dung dạy học
ƣớc 2
Xác định vấn đề cần giải quyết
ƣớc 3
Xây dựng tiêu chí của sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề
ƣớc 4
Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
ƣớc 1: Lựa chọn nội dung dạy học
C n cứ vào nội dung kiến thức trong chƣơng trình mơn học và các hiện tƣợng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên, xã hội; quy trình hoặc thiết bị cơng nghệ ứng dụng kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn nội dung của bài học.
C n cứ vào đặc điểm dạy học STEM cần chọn chủ đề STEM phù hợp với nội dung kiến thức HS đã đƣợc tìm hiểu; phù hợp với lứa tu i; điều kiện cơ sở vật chất của lớp và trƣờng học theo các phong cách học khác nhau hoặc theo các hình thức