Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán Hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:219

Thêm vào BST

Báo xấu

81
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán Hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông được thực hiện nhằm tìm hiểu về cơ sở lý luận, thực trạng và giải pháp nâng cao năng lực giải bài toán Hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán Hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Hữu Tài NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Hữu Tài NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành : Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Hoá học Mã số : 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRỊNH VĂN BIỀU Thành phố Hồ Chí Minh – 2014
LỜI CẢM ƠN Đề tài này được hoàn thành là kết quả của sự nỗ lực của bản thân, với sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô, cùng sự giúp đỡ của bạn bè, các em học sinh. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học công nghệ - Sau đại học, Khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Tp.Hồ Chí Minh, quý thầy cô giảng dạy lớp Cao học Lý luận và phương pháp dạy học hóa học khóa 23. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, chân thành đến PGS. TS Trịnh Văn Biều, người hướng dẫn đề tài đã dành nhiều thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình xây dựng đề cương và hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn quý thầy cô và các em học sinh trường THPT Ngô Thời Nhiệm, trường THPT Thạnh Lộc Tp. Hồ Chí Minh; trường THPT Vĩnh Kim tỉnh Tiền Giang và trường THPT Ngô Thời Nhiệm tỉnh Bình Dương đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực nghiệm. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành luận văn này. Nguyễn Hữu Tài
MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI................................. 4 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu........................................................................................... 4 1.2. Bài toán hóa học ........................................................................................................... 5 1.2.1. Khái niệm bài toán hóa học .......................................................................... 5 1.2.2. Ý nghĩa, tác dụng của bài toán hóa học ........................................................ 5 1.2.3. Quá trình giải bài toán hóa học ..................................................................... 6 1.2.4. Vận dụng phương pháp grap và algorit vào bài toán hóa học ...................... 8 1.2.5. Xu hướng của bài toán hóa học hiện nay.................................................... 11 1.3. Tổng quan về bài toán hóa học lớp 12 ..................................................................... 12 1.3.1. Đặc điểm ..................................................................................................... 12 1.3.2. Các dạng toán thường gặp .......................................................................... 13 1.3.3. Một số phương pháp giải toán hóa học thông dụng ................................... 13 1.4. Năng lực giải bài toán hóa học của học sinh ........................................................... 24 1.4.1. Khái niệm về năng lực ............................................................................... 24 1.4.2. Mối quan hệ giữa năng lực với kiến thức, kĩ năng .................................... 25 1.4.3. Năng lực giải bài toán hóa học của học sinh ............................................. 25 1.4.4. Con đường hình thành năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh ............. 26 1.5. Thực trạng về năng lực giải bài toán hóa học của học sinh lớp 12 THPT ............... 28 1.5.1. Mục đích điều tra ........................................................................................ 28 1.5.2. Phương pháp điều tra .................................................................................. 28 1.5.3. Kết quả điều tra ........................................................................................... 28 TÓM TẮT CHƯƠNG 1 .............................................................................................. 32
Chương 2. MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 THPT .......................... 33 2.1. Những định hướng khi xây dựng các biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 ............................................................... 33 2.1.1. Cần chú ý đến các nguyên tắc và quy luật chung của việc dạy học ............... 33 2.1.2. Cần chú ý đến nhiệm vụ và đặc điểm của dạy học hóa học ....................... 33 2.1.3. Cần chú ý đến đặc điểm tâm sinh lý và năng lực của học sinh .................. 34 2.1.4. Cần chú ý đến các đặc điểm của việc giải bài toán hóa học ....................... 35 2.1.5. Cần chú ý đến cấu trúc của năng lực giải bài toán hóa học ........................ 35 2.2. Một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 THPT ....................................................................................................... 36 2.2.1. Giúp học sinh nắm vững các khái niệm, định luật cơ bản của hóa học, tính chất lý, hóa học của các chất.............................................. 36 2.2.2. Giúp học sinh xây dựng các công thức tính toán liên quan đến các chất tham gia ở những phản ứng hóa học quan trọng ....................... 38 2.2.3. Giúp học sinh nắm vững phương pháp giải các dạng toán hóa học thường gặp ở lớp 12 .......................................................................... 43 2.2.4. Rèn luyện kĩ năng sử dụng ngôn ngữ hóa học ........................................ 64 2.2.5. Rèn luyện kĩ năng lập phương trình hóa học ........................................... 73 2.2.6. Rèn luyện kĩ năng phân tích và tóm tắt đề .............................................. 77 2.2.7. Rèn luyện kĩ năng xây dựng tiến trình luận giải bằng sơ đồ ngược ........ 80 2.2.8. Rèn luyện kĩ năng tính toán ..................................................................... 83 2.2.9. Rèn luyện kĩ năng giải nhanh bài toán trắc nghiệm hóa học ................... 84 2.2.10. Rèn luyện kĩ năng tư duy hóa học ......................................................... 101 2.2.11. Rèn luyện kĩ năng phát hiện và giải quyết vấn đề ................................. 107 2.2.12. Rèn luyện kĩ năng vận dụng linh hoạt và sáng tạo các kiến thức đã học ..................................................................................................... 108 2.3. Thiết kế một số giáo án có sử dụng các biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp12 THPT .................................................. 110 2.3.1. Giáo án bài “Phân tích bài giải bằng sơ đồ ngược” ................................. 110
2.3.2. Giáo án bài “Phương pháp giải các dạng toán quan trọng của kim loại” ........ 116 2.3.3. Giáo án bài “Kĩ thuật giải nhanh bài toán trắc nghiệm hóa học” ............ 116 2.3.4. Giáo án bài “Thiết lập công thức tổng quát của các hợp chất hữu cơ” ............................................................................................................ 116 2.3.5. Giáo án bài “Phương pháp giải bài toán đốt cháy các hợp chất hữu cơ”..... 116 TÓM TẮT CHƯƠNG 2 ............................................................................................ 116 Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................................ 118 3.1. Mục đích thực nghiệm ............................................................................................. 118 3.2. Đối tượng thực nghiệm ............................................................................................ 118 3.3. Tiến hành thực nghiệm ............................................................................................ 119 3.4. Kết quả thực nghiệm ................................................................................................ 121 3.4.1. Kết quả về mặt định lượng........................................................................ 121 3.4.2. Kết quả về mặt định tính ........................................................................... 140 TÓM TẮT CHƯƠNG 3 ............................................................................................ 143 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 148 PHỤ LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTE : bảo toàn electron BTHH : bài toán hóa học BTKL : bảo toàn khối lượng BTNT : bảo toàn nguyên tố CTPT : công thức phân tử ĐC : đối chứng ĐHSP : Đại học Sư phạm e : electron HS : học sinh HCM : Hồ Chí Minh GV : giáo viên NLGBTHH : năng lực giải bài toán hóa học Nxb : nhà xuất bản PGS : phó giáo sư PPDH : phương pháp dạy học PT : phương trình PTHH : phương trình hóa học PTPƯ : phương trình phản ứng THPT : trung học phổ thông TN : thực nghiệm Tp : thành phố TS : tiến sĩ
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Ý kiến của GV về việc rèn luyện NLGBTHH ........................................... 28 Bảng 1.2. Ý kiến của GV về những kiến thức và kĩ năng cần có để giải BTHH....... 29 Bảng 1.3. Ý kiến của GV về các biện pháp nâng cao năng lực giải BTHH .............. 30 Bảng 2.1. Các thuật ngữ hóa học thường gặp trong các BTHH lớp 12 ..................... 65 Bảng 2.2. Danh pháp của một số hợp chất hữu cơ và vô cơ lớp 12 ........................... 68 Bảng 2.3. Các công thức tính nồng độ ....................................................................... 83 Bảng 2.4. Các công thức tính số mol ......................................................................... 83 Bảng 2.5. Các công thức tính nhanh thường dùng trong các BTHH lớp 12 .............. 87 Bảng 2.6. Giải bài toán bằng cách sử dụng biểu bảng ............................................... 92 Bảng 3.1. Danh sách các lớp thực nghiệm và đối chứng ......................................... 118 Bảng 3.2. Phân phối tần số bài kiểm tra 1 ................................................................ 121 Bảng 3.3. Phân phối tần suất bài kiểm tra 1 ............................................................. 122 Bảng 3.4. Phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 1 ................................................ 122 Bảng 3.5. Phân loại kết quả bài kiểm tra 1............................................................... 123 Bảng 3.6. Tổng hợp các tham số đặc trưng của bài kiểm tra 1 ................................ 123 Bảng 3.7. Phân phối tần số bài kiểm tra 2 ................................................................ 127 Bảng 3.8. Phân phối tần suất bài kiểm tra 2 ............................................................. 128 Bảng 3.9. Phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 2 ................................................ 128 Bảng 3.10. Phân loại kết quả bài kiểm tra 2............................................................... 129 Bảng 3.11. Tổng hợp các tham số đặc trưng của bài kiểm tra 2 ................................ 129 Bảng 3.12. Phân phối tần số bài kiểm tra 3 ................................................................ 133 Bảng 3.13. Phân phối tần suất bài kiểm tra 3 ............................................................. 134 Bảng 3.14. Phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 3 ................................................ 134 Bảng 3.15. Phân loại kết quả bài kiểm tra 3............................................................... 135 Bảng 3.16. Tổng hợp các tham số đặc trưng của bài kiểm tra 3 ................................ 135 Bảng 3.17. Bảng thống kê t và tα của các lớp TN và ĐC qua các bài kiểm tra.......... 140 Bảng 3.18. Ý kiến về mức độ thành thạo các kĩ năng giải BTHH của HS ................ 141 Bảng 3.19. Ý kiến về mức độ thành thạo năng lực giải BTHH của HS..................... 141
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ mối liên quan giữa các bước giải ....................................................... 9 Hình 1.2. Grap giải bài toán tìm công thức cấu tạo của este ..................................... 10 Hình 2.1. Grap giải bài toán tìm CTPT este dựa vào phản ứng đốt cháy .................. 45 Hình 2.2. Grap giải bài toán tính lượng este dựa vào phản ứng xà phòng hóa ......... 48 Hình 2.3. Grap giải bài toán về cacbohidrat .............................................................. 50 Hình 2.4. Grap giải bài toán tìm công thức amino axit ............................................. 52 Hình 2.5. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với phi kim ...................................... 54 Hình 2.6. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với axit ............................................ 58 Hình 2.7. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối ......................... 61 Hình 2.8. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với nước và dung dịch kiềm............ 64 Hình 2.9. Giải bài toán bằng hình vẽ ......................................................................... 90 Hình 2.10. Giải bài toán bằng sơ đồ ............................................................................ 91 Hình 2.11. Giải bài toán bằng đồ thị ............................................................................ 93 Hình 3.1. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 124 Hình 3.2. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 124 Hình 3.3. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 124 Hình 3.4. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 125 Hình 3.5. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A1 và 12A2 ......................... 125 Hình 3.6. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 125 Hình 3.7. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 126 Hình 3.8. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 126 Hình 3.9. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 126 Hình 3.10. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A2 và 12A1 ......................... 127 Hình 3.11. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 130 Hình 3.12. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 130 Hình 3.13. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 130 Hình 3.14. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 131 Hình 3.15. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A1 ......................... 131 Hình 3.16. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A1 và 12A3 ............................... 131
Hình 3.17. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A4 ............................... 132 Hình 3.18. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A8 và 12A9 ............................... 132 Hình 3.19. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A6 và 12A9 ............................... 132 Hình 3.20. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A1 ............................... 133 Hình 3.21. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 136 Hình 3.22. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 136 Hình 3.23. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 136 Hình 3.24. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 137 Hình 3.25. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A1 và 12A2 ......................... 137 Hình 3.26. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 137 Hình 3.27. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 138 Hình 3.28. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 138 Hình 3.29. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 138 Hình 3.30. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A2 và 12A1 ......................... 139
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hóa học có nhiều yếu tố để trở thành một môn học hấp dẫn học sinh. Thứ nhất: Hóa học có bề dày lịch sử với rất nhiều câu chuyện lý thú. Thứ hai: Hóa học gắn liền với cuộc sống. Có thể nói Hóa học có mặt trong từng hơi thở, trong từng hoạt động của con người. Thứ ba: Phương pháp và phương tiện dạy học bộ môn Hóa học ngày càng hiện đại phù hợp với thời đại công nghệ thông tin bùng nổ. Thứ tư: Sự tâm huyết của các thầy cô giáo. Tất cả các yếu tố trên có thể giúp những giờ dạy học hóa học trở nên sinh động, lôi cuốn. Tuy nhiên trong thực tế có rất nhiều học sinh sợ môn Hóa học, mà một trong những nguyên nhân đó là bài toán hóa học đa dạng và phức tạp. Nếu học sinh không được trang bị kiến thức đẩy đủ, không được rèn luyện các kĩ năng một cách bài bản, có thể sẽ không giải quyết được các bài toán hóa học. Năng lực giải bài toán hóa học cũng là một trong những mục tiêu giáo dục phổ thông với môn Hóa học sau năm 2015. Chính vì những lí do đó đã thôi thúc tôi chọn đề tài “Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học nhằm nâng cao chất lượng dạy và học môn Hóa học lớp 12 trung học phổ thông. 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các biện pháp nhằm nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 THPT. - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học hóa học ở trường trung học phổ thông. 4. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài. - Tìm hiểu thực trạng về năng lực giải bài toán hóa học của học sinh lớp 12 ở một số trường trung học phổ thông.
2 - Nghiên cứu các dạng toán hóa học của chương trình lớp 12 trung học phổ thông và phương pháp giải các dạng toán đó. - Tìm hiểu các kĩ năng giải bài toán hóa học. - Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông. - Thiết kế một số giáo án để rèn luyện năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá hiệu quả của việc sử dụng các biện pháp đã đề xuất. 5. Phạm vi nghiên cứu - Về nội dung: Bài toán hóa học trong chương trình lớp 12. - Về địa bàn: Thành phố Hồ Chí Minh, tỉnh Tiền Giang và tỉnh Bình Dương. - Về thời gian: Từ tháng 12/2013 đến tháng 8/2014. 6. Giả thuyết khoa học Nếu có những biện pháp phù hợp, năng lực giải bài toán hóa học của học sinh lớp 12 sẽ được nâng cao, góp phần nâng cao kết quả dạy học bộ môn Hóa học ở trường trung học phổ thông. 7. Phương pháp nghiên cứu * Các phương pháp nghiên cứu lí luận - Đọc và nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài. - Sử dụng phối hợp các phương pháp phân tích, tổng hợp, phân loại, hệ thống hóa. * Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Quan sát, trò chuyện, phỏng vấn. - Điều tra bằng phiếu hỏi. - Phương pháp chuyên gia. - Thực nghiệm. * Các phương pháp toán học - Xử lí kết quả thực nghiệm bằng phương pháp thống kê toán học. - Sử dụng các phần mềm tin học.
3 8. Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu - Phát hiện những khó khăn học sinh gặp phải khi giải bài toán hóa học . - Xây dựng các công thức tính toán liên quan đến các chất tham gia ở những phản ứng hóa học quan trọng. - Nghiên cứu những kiến thức và kĩ năng cần thiết để vận dụng hiệu quả phương pháp giải các dạng toán. - Nghiên cứu một số kĩ thuật giải bài toán có thể áp dụng trong thực tế để giải nhanh bài toán hóa học lớp 12 như phân tích bài giải bằng sơ đồ ngược, giải nhanh bài toán bằng hình vẽ, sơ đồ.
4 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu Sử dụng bài tập hóa học là một phương pháp dạy học tích cực mà bất cứ giáo viên nào cũng thực hiện. Bài tập hóa học có tác dụng hết sức to lớn, nó cung cấp cho học sinh cả kiến thức, cả con đường giành lấy kiến thức và cả niềm vui sướng của sự phát hiện và tìm ra đáp số. Cũng chính vì thế trong thời gian qua có rất nhiều đề tài về bài tập đã được lựa chọn để nghiên cứu, có thể kể: - Luận án: “Hình thành kĩ năng giải bài tập hóa học ở trường trung học cơ sở” của Cao Thị Thặng, Viện khoa học giáo dục Hà Nội năm 1995. - Luận án: “ Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh trung học phổ thông thông qua bài tập hóa học” của Lê Văn Dũng, trường ĐHSP Hà Nội năm 2001. - Luận án: “Xây dựng hệ thống bài tập hóa học nhằm rèn luyện tư duy trong việc bồi dưỡng HS giỏi hóa học ở trường phổ thông” của Vũ Anh Tuấn, trường ĐHSP Hà Nội năm 2006. - Luận văn: “Rèn luyện năng lực độc lập sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông thông qua hệ thống bài tập hóa học” của Nguyễn Cao Biên, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2008. - Luận văn: “Sử dụng bài tập để phát triển tư duy, rèn trí thông minh cho học sinh trong dạy học hóa học ở trường trung học phổ thông” của Nguyễn Chí Linh, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2009. - Luận văn: “Sử dụng phương pháp phức hợp hướng dẫn học sinh giải bài tập phần hóa hữu cơ lớp 11- chương trình cơ bản của Phan Thị Mộng Tuyền, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2009. - Luận văn: “Xây dựng hệ thống bài tập hóa học nhằm phát triển năng lực tư duy cho học sinh trung học phổ thông chương crom-sắt-đồng, lớp 12 nâng cao” của Vân Long Trọng, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2010.
5 - Luận văn: “Thiết kế hệ thống bài toán hóa học nhiều cách giải nhằm phát triển tư duy và nâng cao hiệu quả dạy học ở trường trung học phổ thông” của Dương Thị Kim Tiên, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2010. - Luận văn: “Những biện pháp bồi dưỡng học sinh yếu môn Hóa lớp 10 trung học phổ thông” của Nguyễn Anh Duy, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2011. - Luận văn: “Một số biện pháp rèn luyện kĩ năng giải bài tập cho học sinh trung bình, yếu môn Hóa lớp 10 trung học phổ thông của Nguyễn Thị Mộng Tuyền, trường ĐHSP Tp.HCM năm 2011. Đa số các đề tài chủ yếu xây dựng và sử dụng bài tập để rèn luyện các năng lực của học sinh nhưng chưa chú trọng đến việc làm thế nào để nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh THPT. 1.2. Bài toán hóa học 1.2.1. Khái niệm bài toán hóa học Theo giáo sư Nguyễn Ngọc Quang [28]: “Bài tập hóa học là nhiệm vụ mà giáo viên đặt ra cho người học, buộc người học phải vận dụng các kiến thức đã học sử dụng hành động trí tuệ để giải quyết các nhiệm vụ đó nhằm chiếm lĩnh tri thức, kĩ năng một cách tích cực, chủ động, sáng tạo.” Bài tập hóa học gồm bài tập định tính và bài tập định lượng. Bài toán hóa học thuộc loại bài tập định lượng, có hai tính chất [13]: Tính chất toán học: cần dùng các phép tính về số học, đại số học, các kĩ năng toán học để giải. Tính chất hóa học: cần dùng đến các kiến thức về hóa học, ngôn ngữ hóa học mới giải được. 1.2.2. Ý nghĩa, tác dụng của bài toán hóa học Việc dạy học không thể thiếu bài tập, trong đó sử dụng BTHH để luyện tập là một biện pháp hết sức quan trọng để nâng cao chất lượng dạy học. BTHH có những ý nghĩa, tác dụng to lớn về nhiều mặt [5], [37]: - Củng cố, đào sâu và mở rộng kiến thức một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn. - Ôn tập, hệ thống hóa kiến thức một cách tích cực nhất. Khi ôn tập, HS sẽ buồn chán, nếu thiếu BTHH.
6 - Cung cấp thêm kiến thức mới, mở rộng hiểu biết của HS về các vấn đề thực tiễn cuộc sống và sản xuất hóa học. - Rèn luyện một số kĩ năng, kĩ xảo cho HS như: + Sử dụng ngôn ngữ hóa học. + Lập công thức, cân bằng PTPƯ. + Tính theo công thức và phương trình. + Các tính toán đại số: quy tắc tam suất, giải PT và hệ PT. + Kĩ năng giải từng loại bài toán khác nhau. - Phát triển ở HS các năng lực tư duy logic, biện chứng, khái quát, độc lập, thông minh và sáng tạo. - BTHH cũng giúp GV đánh giá được kiến thức và kĩ năng của học sinh. HS cũng tự kiểm tra biết được những lỗ hổng kiến thức để kịp thời bổ sung. - Việc giải bài toán sẽ rèn luyện cho HS tính kiên trì, chịu khó, tính cẩn thận, chính xác khoa học…Làm cho các em yêu thích bộ môn, say mê với khoa học (đặc biệt những bài toán gây hứng thú nhận thức). 1.2.3. Quá trình giải bài toán hóa học BTHH có thể được xem là một vấn đề học tập, do đó quá trình giải BTHH tương tự với quá trình giải quyết vấn đề chung, đồng thời cũng mang những nét đặc trưng riêng của BTHH. Quá trình giải BTHH thường gồm 4 giai đoạn cơ bản sau đây [18], [29]: a) Nghiên cứu đầu bài - Đọc kĩ đầu bài. - Phân tích các điều kiện và yêu cầu của đề bài, ghi tóm tắt các dữ kiện cho và hỏi. - Viết tất cả các PTPƯ có thể xảy ra (nếu BTHH được tính toán dựa trên cơ sở của PTHH của phản ứng). - Đổi các giả thuyết không cơ bản sang giả thuyết cơ bản. b) Xây dựng tiến trình luận giải, tìm các hướng giải Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình giải bài toán. Thực chất của giai đoạn này là tìm con đường đi ngược từ cái cần tìm đến cái đã cho (suy luận ngược),
7 bằng cách xét một loạt các bài toán phụ liên quan. Tính logic của bài giải có chặt chẽ hay không là ở giai đoạn này. Nếu GV biết rèn luyện cho HS tự xây dựng được một tiến trình luận giải tốt, tức là GV đã dạy học sinh bằng giải toán, thông qua đó HS không chỉ nắm vững kiến thức, biết cách giải mà còn có được một cách thức suy luận, lập luận để giải quyết một bài toán bất kì nào khác (một vấn đề). Điều này được thể hiện thông qua một số dạng câu hỏi (GV gơi ý sau đó tập dần cho HS tự đặt câu hỏi) như sau: - Để có được điều này (cái cần tìm) cần đi từ dữ kiện nào? Thông qua công thức nào? Hay thông qua PTPƯ nào? Đây là bài toán cơ bản đầu tiên trong dãy bài toán phụ liên quan. - Dữ kiện cần tìm đó đã có chưa? Đề bài đã cho trực tiếp chưa? Hay gián tiếp thông qua một dữ kiện khác? Đây là bài toán cơ bản thứ hai. - Nếu dữ kiện này chưa có thì có thể tìm nó từ những dữ kiện nào? Thông qua công thức hay những PTPƯ nào? Đây là bài toán cơ bản thứ ba. Cứ lập luận tương tự như thế (lý luận giật lùi), cuối cùng HS sẽ xây dựng được một tiến trình luận giải ngược từ cái cần tìm đến cái đã cho. Như vậy, trong quá trình luận giải ta thấy ngay trong bước suy luận đầu tiên, yêu cầu trước hết là HS phải nắm công thức tính cơ bản và phải viết được các PTPƯ xảy ra giữa các chất cho trong đầu bài. c) Thực hiện tiến trình giải Quá trình này ngược với quá trình luận giải, mà thực chất là trình bày lời giải một cách tường minh từ giả thuyết cho đến cái cần tìm (có thể bằng tính toán hoặc lập luận). Các BTHH phần lớn dựa vào PTPƯ để lập mối quan hệ số mol giữa các chất hoặc đặt ẩn số, dựa vào mối tương quan giữa các ẩn số để lập các phương trình. Giải PT hay hệ PT và biện luận kết quả (nếu cần). d) Kiểm tra đánh giá việc giải Bằng cách khảo sát lời giải đã tìm được, kiểm tra lại kết quả và toàn bộ quá trình giải. Có thể đi đến kết quả một cách khác không? Tối ưu hơn không? Tính đặc biệt của bài toán là gì?...
8 Trên thực tế, ngay cả với những HS giỏi, sau khi tìm ra cách giải và trình bày lập luận của mình là xem như việc giải đã kết thúc. Như vậy họ đã bỏ mất một giai đoạn quan trọng và rất bổ ích là nhìn lại cách giải, khảo sát, phân tích kết quả và con đường đã đi để có thể củng cố kiến thức và phát triển khả năng giải toán của họ. Người GV phải hiểu và làm cho HS hiểu rằng không có một bài toán nào hoàn toàn kết thúc, bao giờ cũng còn lại một cái gì đó để suy nghĩ. Nếu kiên nhẫn và chịu khó suy nghĩ thì có thể hoàn thiện cách giải trong mọi trường hợp và hiểu được cách giải sâu sắc hơn. Tuy nhiên, việc vận dụng các giai đoạn trên vào hướng dẫn HS giải một BTHH sao cho hiệu quả còn phụ thuộc nhiều vào sự khéo léo, linh hoạt của người GV, đó là phụ thuộc vào cách đặt câu hỏi như thế nào, sử dụng những PPDH nào và tổ chức các hoạt động của HS ra sao... 1.2.4. Vận dụng phương pháp grap và algorit vào bài toán hóa học Grap là phương pháp có ưu thế tuyệt đối trong việc mô hình hóa cấu trúc của các hoạt động từ đơn giản đến phức tạp, từ quy mô nhỏ đến vĩ mô. Đó là do ngôn ngữ của grap vừa có tính trực quan – cụ thể, vừa lại khái quát – trừu tượng [42]. Grap đầu bài toán là sơ đồ trực quan diễn tả cấu trúc logic của: những điều kiện bài toán (cái cho), những yêu cầu (cái tìm) của đầu bài toán, những mối liên hệ tương tác giữa chúng. Grap giải của bài toán là sơ đồ trực quan diễn tả chương trình giải bài toán, vạch ra những mối liên hệ logic giữa các yếu tố điều kiện và yêu cầu của bài toán, những phép biến đổi của bài toán để đi tới đáp số. Algorit là bản ghi chính xác tường minh tập hợp những thao tác sơ đẳng, đơn trị, theo một trình tự nhất định (tùy mỗi trường hợp cụ thể) để giải quyết bất kì vấn đề nào thuộc cùng một loại hay kiểu. Khi đã lập được grap giải của bài toán, ta có thể dễ dàng biên soạn được qui trình các bước giải, ở mỗi bước giải phải thực hiện những phép biến đổi nào để đi tới đáp số. Đó là algorit của chương trình giải (bản ghi algorit). Từ bản ghi algorit, người giải bài toán chỉ việc chấp hành chính xác những mệnh lệnh trong bản đó, và đi tới đáp số một cách chắc chắn. Đó chính là algorit của quá trình hoạt động, hay quá trình hoạt động theo algorit [28].
9 Trong thực tế dạy học ở trường phổ thông, phương pháp algorit thường được dùng trong việc giải các BTHH kết hợp với phương pháp grap. Việc dạy HS giải BTHH theo phương pháp algorit thường được tiến hành theo bốn bước sau: - Tìm hiểu điều kiện bài toán; - Lập kế hoạch giải bài toán; - Thực hiện việc giải; - Kiểm tra sự đúng đắn của việc giải. Tìm hiểu Lập kế hoạch Thực hiện Kiểm tra Hình 1.1. Sơ đồ mối liên quan giữa các bước giải Thí dụ: Dạy HS cách giải bài toán: “ Cho 11,1 gam một este no, đơn chức, mạch hở X tác dụng vừa đủ với NaOH thu được 12,3 gam một muối. Xác định công thức cấu tạo của X.” GV thực hiện bốn bước sau đây: - Bước 1: Hướng dẫn HS tìm hiểu điều kiện của bài toán HS phải xác định được đề bài cho gì, hỏi gì. Đây là bài toán xà phòng hóa este no, đơn chức, mạch hở. Đề bài cho biết khối lượng este và muối, yêu cầu tìm CTCT của este. Cần tìm gốc axit và gốc ancol. - Bước 2: Hướng dẫn HS lập kế hoạch giải bài toán GV gợi ý HS thực hiện các bước sau: + Đặt công thức este và viết PTHH của phản ứng. GV chú ý HS không nên đặt công thức este là CnH2nO2 vì không phù hợp viết phản ứng xà phòng hóa: RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH + Xây dựng sơ đồ luận giải (grap giải): GV yêu cầu HS đọc kĩ câu hỏi, xác định mối liên hệ định lượng giữa các yếu tố cho và cần tìm. GV cần chuẩn bị hệ thống câu hỏi logic về mối liên hệ này.
10 CTCT của este (RCOOR’) Gốc axit (RCOO) Gốc ancol (R’) Mmuối RCOONa So sánh mmuối và meste mmuối nmuối neste mmuối meste Hình 1.2. Grap giải bài toán tìm CTCT của este - Bước 3: Hướng dẫn HS thực hiện việc giải Dựa vào grap giải, GV yêu cầu HS viết algorit giải, gồm các bước: (1) So sánh mmuối với meste: Dựa vào dữ kiện của đề bài. (2) Tìm gốc R’: Dựa vào kết luận của sự so sánh: mmuối > meste. mRCOONa − meste (3) Tính số mol este: Dựa vào công thức neste = . M Na − M R' (4) Tính số mol muối: Dựa vào PTHH và tỉ lệ mol giữa muối và este. m (5) Tính khối lượng mol phân tử của muối: Dựa vào công thức tính M = . n (6) Suy ra gốc axit RCOO: Dựa vào MRCOO = MRCOONa – MNa. (7) Tìm CTCT của este: Dựa vào gốc axit và gốc R’. Dựa vào algorit giải, HS tính toán theo yêu cầu của đề bài: + Vì mRCOONa > mRCOOR ' => R’ là CH3. 12,3 − 11,1 + nmuối = neste = = 0,15 (mol). 23 − 15 12,3 => Mmuối = = 82 (gam/mol). 0,15