2.3. Nguyên tắc tuyển chọn và quy trình xây dựng hệ thống bài tập hóa học để phát
2.3.1. Nguyên tắc tuyển chọn bài tập hoá học để phát triển năng lực giải quyết vấn
phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
2.3.1. Nguyên tắc tuyển chọn bài tập hoá học để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh vấn đề cho học sinh
Việc tuyển chọn các HTBT hóa học để phát triển NLGQVĐ cho HS cần đảm bảo các nguyên tắc sau:
Nguyên tắc 1. BTHH được tuyển chọn phải đảm bảo được mục tiêu dạy học,
đảm bảo chuẩn kiến thức, kĩ năng và định hướng phát triển NL cho HS, đặc biệt là NLGQVĐ.
Mục tiêu của mơn Hóa học ở trường THPT là cung cấp cho HS hệ thống kiến thức, kĩ năng phổ thơng, cơ bản, hiện đại, thiết thực, có nâng cao về hóa học và gắn với đời sống. Nội dung kiến thức gồm cấu tạo của các chất, tính chất hóa học, ứng dụng và cách thức điều chế một số hợp chất quan trọng. Mặt khác, hóa học là mơn khoa học thực nghiệm dựa trên cơ sở của lý thuyết. Do đó, ngồi những kiến thức, kĩ năng cơ bản mà HS cần đạt được ta cần chú ý nhiều hơn tới việc hình thành các kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tiến hành nghiên cứu khoa học như:
– Biết quan sát thí nghiệm, mơ tả, phân tích, dự đốn, kiểm tra kết quả.
– Biết thực hiện một số thí nghiệm hóa học từ đơn giản tới phức tạp theo hướng độc lập và hoạt động theo nhóm.
– Biết cách vận dụng kiến thức hóa học để giải quyết các tình huống thực tiễn. Thơng qua việc hình thành các kiến thức, kĩ năng này sẽ phát triển NLGQVĐ cho HS.
Ví dụ: Để đảm bảo phần kĩ năng: HS viết được các PTHH minh họa tính khử trung bình của sắt ta có thể tuyển chọn BT:
Viết các PTHH xảy ra và xác định vai trò các chất tham gia khi cho Fe phản ứng với:
1. Các phi kim S, O2, Cl2. 2. Các axit HCl, H2SO4 loãng. 3. Các axit HNO3, H2SO4 đặc, nóng. 4. Dung dịch muối CuSO4.5H2O
Khi sử dụng BT này thì GV sẽ hướng dẫn HS viết các PTHH minh họa cho tính chất đặc trưng của sắt, rèn kĩ năng dự đoán sản phẩm, kĩ năng cân bằng PTHH.
Nguyên tắc 2. Nội dung BT phải có bối cảnh, phải đảm bảo tính chính xác,
tính khoa học, tính hiện đại.
Nội dung BT bao gồm các thiết lập của sự kiện bao quanh một sự kiện, và một phần của một văn bản bao quanh một từ nhất định. Nội dung BT phải có sự chính xác về kiến thức hóa học, BT cho đủ các dữ kiện, khơng được thiếu, phải có kết quả rõ ràng và kết quả phải phù hợp. BT phải được diễn đạt đúng ngơn ngữ hóa học, chặt chẽ và logic, tránh sử dụng các từ ngữ khó hiểu, gây hoang mang cho HS. Nội dung BT gần với sự phát triển của khoa học hiện tại.
Ví dụ: Sắt tồn tại trong tự nhiên có pH khoảng 6 – 7 (nguồn nước ngầm cung cấp cho các nhà máy nước sinh hoạt) chủ yếu dưới dạng Fe(HCO3)2. Hãy chọn cách hiệu quả nhất (kinh tế nhất) để loại sắt khỏi nguồn nước dưới dạng hiđroxit?
A. Dùng dung dịch nước vơi trong . B. Sục khí Cl2 vừa đủ vào trong nước. C. Làm giàn mưa phun nước vào khơng khí. D. Dùng nước vơi trong hoặc khí Cl2.
Nguyên tắc 3. BT phải đảm bảo phát triển các thành tố của NLGQVĐ.
Các BT được tuyển chọn phải đảm bảo phát triển ở HS gồm 4 thành tố: Tìm hiểu vấn đề; Thiết lập không gian vấn đề; Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp; Đánh giá và phản ánh giải pháp.
Ví dụ: Ta có thể tuyển chọn BT: Các đồ vật bằng sắt tráng thiếc, kẽm bị sây sát sâu tới lớp sắt thì sắt có bị ăn mịn khơng?
1. Tìm hiểu vấn đề và thiết lập khơng gian vấn đề.
GV: Để bảo vệ sắt khơng bị ăn mịn, người ta thường tráng một lớp kẽm hoặc thiếc mỏng lên trên bề mặt đồ vật đó.
Nếu trên bề mặt của những vật đó có những vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì liệu sắt có bị gỉ khi để những vật đó trong khơng khí ẩm?
2. Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp.
HS tìm hiểu việc tráng một lớp Zn, Sn mỏng lên trên bề mặt đồ vật bằng sắt: để bảo vệ sắt khơng bị ăn mịn bằng phương pháp bảo vệ bề mặt. Khi bề mặt bảo vệ đó bị sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì khi cả hai kim loại đều tiếp xúc với không khí ẩm, thỏa mãn 3 điều kiện của ăn mịn điện hóa học: Hai kim loại khác nhau; Hai kim loại tiếp xúc trực tiếp với nhau; Cùng nằm trong 1 dung dịch điện li.
+ Trường hợp vật bằng sắt tráng thiếc: Fe dễ bị khử hơn Sn nên Fe là cực âm, Sn là cực dương. Các quá trình xảy ra tại các điện cực như sau:
Ở cực âm (Fe): Fe bị oxi hoá: Fe → Fe2+ + 2e.
Fe2+ tan vào trong dung dịch điện li nên lớp sắt dư electron. Các electron dư này di chuyển sang lớp thiếc.
Ở cực dương (Sn): Xảy ra quá trình khử: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
O2 trong mơi trường điện li đến Sn thu electron. Sau đó xảy ra q trình tạo thành gỉ sắt: 4Fe2+ + O2(kk) + 2H2O + 8OH- → 4Fe(OH)3
+ Trường hợp vật bằng sắt tráng kẽm: Zn dễ bị khử hơn Fe nên Zn là cực âm, Fe là cực dương. Các quá trình xảy ra tại các điện cực như sau:
Ở cực âm (Zn): Zn bị oxi hoá: Zn → Zn2+ + 2e.
Zn2+ tan vào trong dung dịch điện li nên lớp kẽm dư electron. Các electron dư này di chuyển sang lớp sắt.
Ở cực dương (Fe): Xảy ra quá trình khử: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Do đó Fe khơng bị ăn mịn.
3. Đánh giá và phản ánh giải pháp.
GV kết luận: Các đồ vật bằng sắt tráng thiếc hoặc kẽm để ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường bên ngoài (bảo vệ bằng PP bề mặt). Nhưng khi lớp bề mặt đó bị sây sát sâu tới lớp sắt thì vật tráng thiếc sẽ bị gỉ nhanh, cịn vật tráng kẽm vẫn khơng bị gỉ vì lúc này kẽm bảo vệ sắt theo phương pháp điện hóa.
Nguyên tắc 4. BT hóa học phải được chọn dựa vào nội dung học tập.
Nội dung của BTHH cần sát với những kiến thức mà HS mới học. Nếu BTHH có nội dung hồn tồn mới về kiến thức hố học thì sẽ khơng tạo được động
lực cho HS để giải BT đó, lâu dần sẽ gây ra tình trạng chán nản với mơn Hóa học. Ví dụ: Khi dạy nội dung về các phản ứng hóa học xảy ra trong q trình luyện gang có thể lựa chọn BT sau:
Cho hình ảnh một góc lị cao của nhà máy luyện gang Thái Nguyên.
Hãy trình bày những phản ứng hóa học khử sắt(III) oxit thành sắt ở lò cao. Những phản ứng này xảy ra trong bộ phận nào của lò cao? Tại sao những phản ứng này lại xảy ra theo từng giai đoạn?
Nguyên tắc 5. BT hóa học phải đảm bảo tính sư phạm.
Việc tuyển chọn một BT cần đảm bảo khơng những tính nội dung (khoa học) mà cịn phải đặt mạnh tiêu chí về tính sư phạm. Tính sư phạm ở đây bao gồm: Sự phù hợp về mặt tâm sinh lí HS, tính khn mẫu của từ ngữ, câu chữ, tính thẩm mĩ của BT. BT cần tránh sai sót các loại lỗi văn bản, q nhiều thơng tin dẫn đến quá tải hay quá nhiều loại thông tin gây ra nhiễu thơng tin. Về hình thức, đảm bảo bố cục phù hợp, mang tính thẩm mỹ, cỡ chữ phù hợp, thể hiện được tính PP.
Ở lứa tuổi THPT các hứng thú và khuynh hướng học tập đã trở nên xác định và thể hiện rõ ràng hơn, HS thường có hứng thú ổn định đối với một mơn khoa học hay lĩnh vực nào đó. Điều này kích thích nguyện vọng muốn mở rộng và đào sâu các tri thức trong lĩnh vực tương ứng.
Ví dụ: Để kích thích hứng thú học tập, gây sự tị mị muốn tìm hiểu về cuộc sống xung quanh của HS thì GV có thể lựa chọn các BT thực tiễn gắn liền với cuộc sống hằng ngày quanh HS như:
Lượng kim loại bị ăn mòn hằng năm trên thế giới bằng 20 – 25% lượng được sản xuất. Sự ăn mòn kim loại đã gây tổn thất to lớn về nhiều mặt cho nền kinh tế quốc dân và đời sống con người.
Một số vật bằng kim loại bị ăn mòn
Em hãy đề nghị các biện pháp chống ăn mịn kim loại và giải thích cách làm đó?
Ngun tắc 6. BT hóa học có tính hệ thống, logic.
Vận dụng quan điểm hệ thống – cấu trúc, chúng ta nhận thấy rằng mỗi bài tập chỉ tương ứng với một hoặc một số kĩ năng, nội dung kiến thức nhất định, không thể bao trùm tất cả. Toàn bộ hệ thống gồm nhiều BT sẽ hình thành cho HS hệ thống kiến thức, kĩ năng một cách toàn diện và đầy đủ.
Những BT cơ bản, điển hình, đơn giản nhất của một kiểu nhất định giữ vai trò rất quan trọng trong việc phát triển trình độ học vấn của HS. Vì chúng sẽ là kiến thức – công cụ, nền tảng cơ sở giúp HS giải được những BT tổng hợp có mức độ tư duy cao hơn. Do đó, việc thiết kế HTBT cho HS phải đảm bảo tính hệ thống và đa dạng về cả kiểu bài và cả mức độ tư duy. Các BT trong hệ thống phải bao quát hết các kiến thức cơ bản, trọng tâm, kế thừa, bổ sung cho nhau, BT trước chuẩn bị cho việc giải BT sau, các BT sau phát triển cao hơn cả về kiến thức và PP ở BT trước.
Ví dụ: Có thể tuyển chọn và cho HS lần lượt làm các BT sau:
BT 1. Viết các PTHH xảy ra và xác định vai trò các chất tham gia khi cho Fe
phản ứng với:
1. Các phi kim S, O2, Cl2. 2. Các axit HCl, H2SO4 lỗng. 3. Các axit HNO3, H2SO4 đặc, nóng. 4. Dung dịch muối CuSO4.5H2O
BT 2. Cho Fe phản ứng vừa hết với H2SO4 thu được khí A và 8,28 gam muối.
1. Tính khối lượng của sắt đã phản ứng biết rằng số mol Fe bằng 37,5% số mol H2SO4.
2. Cho lượng khí A thu được ở trên tác dụng với 100 ml dung dịch NaOH 1M thu được dung dịch B. Tính nồng độ mol/l các chất trong B (biết thể tích dung dịch B là 100 ml)
BT 1 rèn luyện cho HS cách dự đoán sản phẩm của phản ứng, kĩ năng cân bằng PTHH. BT 2 phát triển cao hơn yêu cầu HS vận dụng các kiến thức trên vào bài toán phức tạp.
2.3.2. Quy trình xây dựng bài tập hố học để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
Việc xây dựng BTHH để phát triển NLGQVĐ cho HS được thực hiện theo quy trình sau:
Bƣớc 1: Xác định mục tiêu của BT, lựa chọn nội dung học tập, hiện tượng,
tình huống thực tiễn.
Bƣớc 2: Xác định tri thức HS đã có và tri thức, kĩ năng cần hình thành trong
nội dung học tập, hành động tình huống thực tiễn đã chọn.
Bƣớc 3: Xây dựng mâu thuẫn nhận thức từ nội dung học tập, xây dựng mâu
thuẫn nhận thức cơ bản, đảm bảo mâu thuẫn này có thể giải quyết được trên cơ sở các tri thức HS đã có.
Bƣớc 4: Thiết kế BT và diễn đạt.
Lựa chọn các dữ liệu xuất phát hoặc bối cảnh tình huống (kiến thức đã có, hình ảnh, tranh, nguồn thơng tin,…) nêu yêu cầu đặt ra và diễn đạt bằng lời có chứa đựng các vấn đề cần giải quyết.
Bƣớc 5: Xây dựng đáp án, lời giải và kiểm tra tính chính xác, khoa học theo
tiêu chí BT định hướng NL.
Bƣớc 6: Tiến hành thử nghiệm và chỉnh sửa.
BT đã xây dựng cần cho kiểm tra thử và chỉnh sửa sao cho hệ thống BT đảm bảo tính chính xác khoa học về kiến thức, kĩ năng, có giá trị về mặt thực tiễn và phù hợp với đối tượng HS, mục tiêu giáo dục mơn Hóa học ở trường THPT. Các BT sau khi để thử nghiệm và chỉnh sửa được sắp xếp thành HTBT để đảm bảo tính khoa học và tiện lợi trong sử dụng.
Bƣớc 1: Mục tiêu của bài tập: Hình thành nên kiến thức mới về sắt (tính khử
trung bình). Củng cố, khắc sâu các kiến thức HS đã biết (kim loại tác dụng với dung dịch muối). Rèn luyện các kĩ năng làm thí nghiệm, quan sát hiện tượng, viết PTHH, đồng thời phát triển NLGQVĐ cho HS.
Nội dung lựa chọn: Phần tính chất hóa học của sắt ở bài 31: Sắt.
Bƣớc 2: Kiến thức mới cần hình thành: Sắt có tính khử trung bình.
Kiến thức HS đã có: Tính chất hóa học chung của kim loại là tính khử, dãy điện hóa của kim loại, ý nghĩa của dãy điện hóa của kim loại.
Bƣớc 3: Vấn đề cần giải quyết: Kiểm chứng thí nghiệm sắt khơng đẩy được
kẽm ra khỏi dung dịch muối nhưng đẩy được đồng ra khỏi dung dịch muối để rút ra kết luận.
Bƣớc 4: Thiết kế bài tập:
Thực hiện 2 thí nghiệm sau:
Thí nghiệm 1: Cho bột sắt vào dung dịch kẽm sunfat. Thí nghiệm 2: Cho bột sắt vào dung dịch đồng(II) clorua.
1. Nêu hiện tượng, giải thích và viết PTHH của phản ứng xảy ra?
2. Dựa vào kết quả của 2 thí nghiệm trên hãy rút ra kết luận về tính chất hóa học của sắt?
Bƣớc 5: Đáp án:
1. Thí nghiệm 1 khơng có hiện tượng hóa học gì xảy ra. Thí nghiệm 2 thấy bột sắt tan, xuất hiện kết tủa màu đỏ. Màu xanh của dung dịch nhạt đi. Trong dãy điện hóa kim loại sắt đứng sau kim loại kẽm nên không đẩy được kẽm ra khỏi dung dịch muối kẽm sunfat. Kim loại sắt đứng trước kim loại đồng nên đẩy được đồng ra khỏi dung dịch muối đồng(II) clorua.
PTHH: Fe + CuCl2 FeCl2 + Cu
2. Kết luận: Tính khử của sắt yếu hơn kẽm nhưng mạnh hơn đồng. Sắt có tính khử trung bình.
Ví dụ 2: Xây dựng BT về tính chất hóa học của sắt. Khi tác dụng với chất
oxi hóa yếu sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +2. Với chất oxi hóa mạnh sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +3.
Bƣớc 1: Mục tiêu của bài tập: Từ thực nghiệm rút ra kết luận tính chất. Qua
đó làm tăng niềm tin của HS đối với khoa học.
Nội dung lựa chọn: Phần tính chất hóa học của sắt.
Bƣớc 2: Kiến thức mới cần hình thành: Sắt tác dụng với phi kim lưu huỳnh
tạo ra hợp chất sắt(II). Sắt tác dụng với phi kim clo tạo ra hợp chất sắt(III).
Kiến thức HS đã có: Độ âm điện của S < Độ âm điện của Cl nên lưu huỳnh
là chất oxi hóa yếu hơn clo.
Bƣớc 3: Vấn đề cần giải quyết: Khi sắt tác dụng với lưu huỳnh và clo thì tạo
ra hợp chất tương ứng với mức oxi hóa nào của sắt. Làm thế nào để kiểm chứng được điều này.
Bƣớc 4: Thiết kế BT:
Thực hiện 2 thí nghiệm sau:
Thí nghiệm 1: Đốt bột sắt trong bột lưu huỳnh theo tỉ lệ khối lượng tương ứng 7 : 4. Lấy sản phẩm thu được hòa tan trong dung dịch H2SO4 lỗng dư sau đó nhỏ vào vài giọt dung dịch thuốc tím.
Thí nghiệm 2: Đốt bột sắt trong khí clo dư. Lấy sản phẩm cho tác dụng với dung dịch NaOH để thu lấy kết tủa. Hòa tan kết tủa trong dung dịch H2SO4 lỗng dư sau đó nhỏ vào vài giọt dung dịch thuốc tím.
1. Giải thích hiện tượng và viết PTHH của các phản ứng xảy ra ở các thí nghiệm? 2. Kết luận về mức oxi hóa của sắt khi tham gia phản ứng với lưu huỳnh, khí clo?
Bƣớc 5: Đáp án:
1. Ở thí nghiệm 1 dung dịch thuốc tím bị mất màu tím. Thí nghiệm 2 dung dịch thuốc tím khơng bị mất màu.
Thí nghiệm 1: Trong dung dịch khi phản ứng với thuốc tím có chứa muối sắt(II) nên bị oxi hóa lên muối sắt(III) làm mất màu thuốc tím. Thí nghiệm 2: Trong dung dịch khi phản ứng với thuốc tím khơng chứa hợp chất sắt(II) mà chỉ chứa hợp chất sắt(III) nên khơng bị oxi hóa và khơng làm mất màu thuốc tím.
PTHH của các phản ứng xảy ra: