Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài này là điều tra thực trạng về việc thiết kế và sử dụng mô hình, đồ dùng dạy học hóa học hiện nay. Điều tra về sự say mê, hứng thú đối với môn hóa của học sinh. Thiết kế và vận dụng mô hình, đồ dùng vào dạy học hóa học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ

Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ PHẦN 1: ĐẠT VẤN ĐỀ I.1. Lí do chọn đề tài Hoá học là một môn khoa học mà khi nghiên cứu nó là nghiên cứu về cấu tạo chất, nguyên tử, phân tử... là phản ứng hóa học diễn ra ở kích thước vi mô mà mắt thường không thể nhìn thấy được, do đó trong giảng dạy hóa học, ngoài các thí nghiệm, người ta buộc phải dùng những mô hình ở kích thước thông thường, để từ trực quan mô phỏng bên ngoài mà suy ra tính chất và cấu tạo bên trong. Vì thế, có thể khẳng định rằng, mô hình mô phỏng, đồ dùng dạy học là rất cần thiết cho giảng dạy hóa học. Đồ dùng dạy học trong hóa học đóng vai trò rất quan trọng, nó vừa là nội dung vừa là phương pháp dạy học hiệu quả. Thông qua mô hình, đồ dùng dạy học, kiến thức được truyền tải một cách chính xác, tự nhiên, khách quan, sinh động, tạo sự hứng thú cho cả người dạy và người học. Tuy nhiên, trong các trường phổ thông hiện nay, đồ dùng phục vụ cho dạy học nói chung, đồ dùng phục vụ cho dạy học hóa học nói riêng hiện rất ít về số lượng và kém về chất lượng. Việc sử dụng các đồ dùng này trong các giở học đạt hiệu quả thấp do đồ dùng lạc hậu, lắp đặt cồng kềnh, thậm chí mất nhiều thời gian của giờ học. Vì vậy, dẫn đến việc dạy học còn hạn chế, chủ yếu là truyền thụ kiến thức về mặt lý thuyết, hàn lâm ... Để khắc phục tình trạng này, đòi hỏi giáo viên phải thường xuyên thiết kế và sử dụng các mô hình, đồ dùng trong dạy học để học sinh có điều kiện tiếp cận và lĩnh hội kiến thức một cách chủ động hơn. Mong muốn thiết kế được các đồ dùng dạy học hóa học với tiêu chí gọn nhẹ, dễ lắp đặt, phản ánh được nhiều đặc tính của đối tượng cần mô phỏng, đặc biệt là có tính tự động hóa cao, dễ sử dụng, tạo hứng thú cho người dạy và người học – những ưu điểm mà các mô hình, đồ dùng trước đây không có. Từ đó tôi chọn đề tài: “Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ”. I.2. Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu của đề tài. + Điều tra thực trạng về việc thiết kế và sử dụng mô hình, đồ dùng dạy học hóa học hiện nay. + Điều tra về sự say mê, hứng thú đối với môn hóa của học sinh. + Thiết kế và vận dụng mô hình, đồ dùng vào dạy học hóa học. 1
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1. Cơ sở lí luận và thực tiễn. II.1.1. Xu hướng phát triển mô hình, đồ dùng dạy học hóa học. Việc thiết kế mô hình, đồ dùng dạy học hiện nay rất được chú trọng, khuyến khích và đang phát triển theo xu hướng như sau: An toàn cho người sử dụng, thân thiện với môi trường. Chuyển từ mô hình, đồ dùng ở dạng tĩnh sang dạng động, từ mô phỏng đơn giản sang tinh vi, tự động hóa nhiều hơn, sát với thực tế đối tượng được mô phỏng... để tăng tính chính xác, khách quan của thông tin, kích thích sự khám phá do mô hình, đồ dùng dạy học mang lại. Dễ thiết kế, dễ sử dụng, giá thành thấp. Góp phần xây dựng và phát triển kĩ năng quan sát, thu thập, xử lí thông tin, dần hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học. II.1.2. Sử dụng mô hình, đồ dùng trong dạy học hóa học. Có thể sử dụng mô hình, đồ dùng trong dạy học hóa học theo nhiều cách : Đưa vào tiết dạy, bài kiểm tra, đánh giá, cho về nhà nghiên cứu, thiết kế, hoạt động ngoại khóa… Mô hình, đồ dùng trong dạy học hóa học giúp cho việc truyền tải kiến thức một cách chính xác, tự nhiên, khách quan, sinh động, tạo sự hứng thú cho cả người dạy và người học. Ý nghĩa của mô hình, đồ dùng trong dạy học hóa học: Phát triển năng lực nhận thức, rèn luyện tư duy từ thực tế đến lí thuyết, từ cấu tạo đến tính chất, từ cụ thể, thực tiễn đến tư duy trừu tượng, tạo điều kiện cho việc học gắn liền với thực tế, tạo sự hứng thú trong học tập. Giúp học sinh mở rộng hiểu biết, có thói quen liên hệ giữa thực tiễn với lý thuyết, vận dụng chúng để nghiên cứu, phát triển lẫn nhau và kiểm chứng cho nhau. Xây dựng và phát triển kĩ năng quan sát, thu thập, hướng dẫn, xử lí thông tin, dần hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học. Giáo dục tư tưởng, đạo đức, tác phong lao động: Rèn luyện tính kiên nhẫn, trung thực, sáng tạo, khoa học, tính kỉ luật, tổ chức… II.1.3. Thực trạng về việc thiết kế và sử dụng mô hình, đồ dùng dạy học hóa học hiện nay ở trường THPT. Chúng tôi đã trực tiếp điều tra đối với giáo viên dạy môn hóa học, học sinh ở các trường THPT trong địa bàn huyện Thanh Chương và thấy rằng việc 2
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ sử dụng đồ dùng trong dạy và học hóa học còn rất hạn chế cả về số lượng và chất lượng. Từ những nội dung trên cho thấy cần thiết phải tăng cường nghiên cứu, thiết kế và sử dụng mô hình, đồ dùng dạy học hóa học ở trường THPT. II.2. Thiết kế mô hình một số phân tử hợp chất hữu cơ. II.2.1. Cấu trúc các phân tử được thiết kế mô hình II.2.1.1. Cấu trúc phân tử etin (axetilen). Trong phân tử etin C2H2, mỗi nguyên tử cacbon C đều ở trạng thái lai hóa sp. Góc giữa trục của các obitan lai hóa sp là 180°. Mỗi nguyên tử cacbon dùng 1 obitan lai hóa sp để xen phủ với nhau, 1 obitan lai hóa sp còn lại để xen phủ với obitan 1s của nguyên tử H, các sự xen phủ này tạo thành các liên kết sigma σ. Mỗi nguyên tử cacbon còn có 2 obitan 2p vuông góc với nhau và vuông góc với trục nối tâm các nguyên tử. Chúng lần lượt dùng các obitan này xen phủ với nhau từng đôi một, các sự xen phủ này được hình thành ở hai bên trục nối tâm các nguyên tử, tạo ra hai liên kết pi π có mặt phẳng bổ dọc vuông góc với nhau và cắt nhau trên trục nối tâm các nguyên tử. Chính vì cấu trúc như thế nên trong phân tử etin, chỉ có các nguyên tử H là có thể quay quanh trục lên kết một cách tương đối tự do (khi có lực tác động). 3
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ II.2.1.2. Cấu trúc phân tử eten (etilen). Trong phân tử eten C2H4, mỗi nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp2, nghĩa là mỗi nguyên tử cacbon dùng 1 obitan 2s và 2 obitan 2p để tổ hợp thành 3 obitan mới giống nhau, hướng về 3 đỉnh của một tam giác đều. Góc giữa chúng là 120°. Mỗi nguyên tử cacbon dùng 1 obitan lai hóa sp2 để xen phủ với nhau, 2 obitan lai hóa sp2 còn lại lần lượt xen phủ với obitan 1s của 2 nguyên tử H, các sự xen phủ này được hình thành ở trên trục nối tâm hai nguyên tử, tạo thành các liên kết sigma σ (phân tử C2H4 phẳng). Mỗi nguyên tử cacbon còn có 1 obitan 2p để xen phủ với nhau tạo ra liên kết pi π có mặt phẳng bổ dọc vuông góc với mặt phẳng phân tử. 4
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Chính vì cấu trúc như thế nên trong phân tử eten, chỉ có các nguyên tử H là có thể quay quanh trục liên kết một cách tương đối tự do (khi có lực tác động), còn các nguyên tử cacbon (thực chất là cả nhóm CH2) thì chỉ dao động quay một góc rất nhỏ quanh trục liên kết C=C, rồi trở về trạng thái phẳng. II.2.1.3. Cấu trúc phân tử etan. Trong phân tử etan C2H6, mỗi nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp , có 4 obitan lai hóa hướng về bốn đỉnh của một tứ diện đều, góc giữa chúng 3 là 109°28. Mỗi nguyên tử cacbon dùng 1 obitan lai hóa sp3 để xen phủ với nhau, 3 obitan lai hóa sp3 còn lại để xen phủ với từng obitan 1s của nguyên 3 tử H, các sự xen phủ này được hình thành ở trên trục nối tâm các nguyên tử, tạo thành các liên kết sigma σ. 5
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Hình ảnh mô phỏng phân tử etan dạng xen kẽ và dạng che khuất. Với cấu trúc như trên, dẫn đến trong phân tử etan, các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết một cách tương đối tự do (khi có lực tác động), đồng thời các nhóm nguyên tử CH3 cũng có khả năng đó, nhưng không được dễ dàng bằng (do có lực đẩy khi ở cấu dạng che khuất). Điều đó cũng có nghĩa là cấu dạng xen kẽ sẽ bền nhất cho phân tử etan. II.2.1.4. Cấu trúc phân tử etanol. Trong phân tử etanol, phần C2H5 giống phân tử etan. Ngoài ra còn có nhóm OH với oxi có lai hóa sp3, trong đó 2 obitan lai hóa chứa đôi electron đã ghép đôi chưa tạo liên kết đẩy mạnh hơn 2 obitan lai hóa còn lại nên góc COH khoảng 1070. Trạng thái bền nhất của phân tử etanol là khi O và 2 H của C thứ nhất xen kẽ với 3 H của C số 2, đồng thời H của OH hướng ra xa C số 2. 6
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Hình ảnh mô phỏng phân tử etanol ở trạng thái bền nhất. II.2.1.5. Cấu trúc phân tử etanal. Trong phân tử axit etanal, phần CH3 giống phân tử etan. Ở nhóm CH=O, C và O có lai hóa sp2 nên các góc liên kết của C này xấp xỉ 1200. Trạng thái bền nhất của phân tử axit etanal là H của nhóm CH=O nằm xen kẽ với 2 H bất kì của CH3, đồng thời H của OH hướng ra xa C số 2. Hình ảnh mô phỏng phân tử etanal II.2.1.6. Cấu trúc phân tử axit etanoic Trong phân tử axit etanoic, phần CH3 giống phân tử etan. Ở nhóm COOH, C và O của C=O có lai hóa sp2 nên các góc liên kết của chúng xấp xỉ 1200, O ở nhóm OH có lai hóa sp3, trong đó 2 obitan lai hóa chứa đôi electron đã ghép đôi chưa tạo liên kết đẩy mạnh hơn 2 obitan lai hóa còn lại nên góc COH khoảng 1070. 7
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Trạng thái bền nhất của phân tử axit etanoic là O của nhóm OH nằm xen kẽ với 2 H bất kì của CH3, đồng thời H của OH hướng ra xa C số 2. Hình ảnh mô phỏng phân tử axit etanoic II.2.1.7. Cấu trúc phân tử bezen. Trong phân tử benzen C6H6, tất cả các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp2. Mỗi nguyên tử cacbon dùng lần lượt 2 obitan lai hóa sp2 để xen phủ với các obitan tương tự của 2 nguyên tử cacbon bên cạnh tạo thành bộ khung cacbon mà mỗi nguyên tử cacbon nằm trên 1 đỉnh của lục giác đều, 1 obitan lai hóa sp 2 còn lại xen phủ với obitan 1s của tử H, tạo thành các liên kết sigma σ (phân tử C6H6 phẳng). Mỗi nguyên tử cacbon còn có 1 obitan 2p vuông góc với mặt phẳng phân tử, chúng xen phủ với nhau thành một hệ thống liên kết pi π liên hợp khép kín trong vòng benzen. 8
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Chính vì cấu trúc như thế nên trong phân tử benzen, chỉ có các nguyên tử H là có thể quay quanh trục liên kết một cách tương đối tự do (khi có lực tác động), còn các nguyên tử cacbon (thực chất là các nhóm CH) thì chỉ dao động quay một góc rất nhỏ về hai phía của mặt phẳng phân tử, rồi trở về trạng thái phẳng. II.2.1.8. Cấu trúc phân tử phenol. Phân tử phenol C6H5OH cơ bản gồm hai phần. Phần thứ nhất là C6H5 thường gọi là “nhân benzen” có cấu trúc giống benzen, phần thứ hai là OH, giống OH của etanol CH3CH2OH, góc liên kết COH khoảng 1080. Hình ảnh mô phỏng phân tử phenol Với cấu trúc như trên, dẫn đến phân tử phenol có các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết một cách tương đối tự do (khi có lực tác động), các nguyên tử cacbon (thực chất là nhóm CHO và các nhóm CH) thì chỉ dao động quay một góc rất nhỏ về hai phía của “mặt phẳng nhân benzen”, rồi trở về “trạng thái phẳng”( phần C6H5O có cấu trúc gần phẳng). Với nhóm OH cũng có khả năng quay quanh trục liên kết CO (khi có lực tác động) nhưng khó hơn so với nguyên tử H (gần giống OH của etanol), sau đó trở về trạng thái mà ở đó nguyên tử H hướng ra khỏi “ mặt phẳng nhân benzen”, tức là tâm của ba nguyên tử trong nhóm COH nằm trên mặt phẳng vuông góc với “ mặt phẳng nhân benzen”. II.2.2. Chuẩn bị vật liệu. 9
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Vật liệu dùng để thiết kế gồm các loại cơ bản sau: 1. Các quả cầu bằng nhựa: Có thể dùng các quả bóng nhựa cũ, quả bóng ném, bóng bàn hỏng, gồm có loại lớn (mô phỏng nguyên tử cacbon), loại vừa (mô phỏng nguyên tử oxi) và nhỏ (mô phỏng nguyên tử hiđro) có kích cỡ bán kính tương đương tỉ lệ r1/r2/r3 = 1,45/1,25/1 (tỉ lệ bán kính nguyên tử cacbon/ bán kính nguyên tử oxi/ bán kính nguyên tử hiđro). 2.Các nam châm tròn bán kính khoảng bằng ½ lần bán kính quả cầu loại nhỏ. Có thể tìm nam châm này ở các loa hỏng trong các quán sửa chữa điện, điện tử. 3.Một ít sơn màu đen, trắng và màu đỏ. 4.Một ít thanh kim loại như thép li, nan hoa (tăm) cũ của xe đạp, xe máy, keo dính, đế gỗ. II.2.3. Các thông số về kích thước, khoảng cách a. Các thông số về kích thước, khoảng cách của các nguyên tử, phân tử. Bán kính nguyên tử H: 0,53 Å. Bán kính nguyên tử C: 0,77 Å. Bán kính nguyên tử O: 0,66 Å. Khoảng cách giữa các nguyên tử trong các phân tử: Axit Etin Eten Etan Etanol Etanal Benzen Phenol Etanoic R 1,212Å 1,337Å 1,523Å 1,523Å 1,509Å 1,509Å 1,395Å 1,395Å CC R 1,090Å 1,100Å 1,113Å 1,113Å 1,113Å 1,113Å 1,100Å 1,100Å CH R 0,972Å 0,942Å 0,972Å OH R 1.338Å 1,402Å 1,355Å CO R 1,208Å 1,208Å C=O b. Các thông số về kích thước, khoảng cách của các mô hình. Bán kính quả cầu mô phỏng nguyên tử H: 2,50 cm. Bán kính quả cầu mô phỏng nguyên tử C: 3,65 cm. 10
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Bán kính quả cầu mô phỏng nguyên tử O: 3,15 cm. Khoảng cách giữa các nguyên tử trong mô hình các phân tử: A E E E E E B P xit tin ten tan tanol tanal enzen henol Etanoic R 5 6 7 7 7 7 6 6 CC ,72cm ,31cm ,18cm ,18cm ,12cm ,12cm ,58cm ,58cm R 5 5 5 5 5 5 5 5 CH ,14cm ,19cm ,25cm ,25cm ,25cm ,25cm ,19cm ,19cm R 4 4 4 OH .44cm ,58cm ,58cm R 6 6 6 CO ,61cm ,31cm ,39cm R 5 5 C=O ,70cm ,70cm Số đo (trung bình) của các góc: H H H H C C O CH CC C=C OC CO C=O C=O 1 1 1 1 1 1 1 09,50 09,50 200 070 09,50 200 200 II.2.4. Tiến hành thiết kế II.2.4.1. Xử lí, gia công vật liệu Dùng hai đoạn ngắn ống nhựa phi 60 làm cốt cacbon. Mỗi ống nhựa được dán kín bằng một đầu bằng miếng nhựa tròn, phẳng một đầu rồi gắn 3 nam châm (sấp) xen kẽ với 3 nam châm (ngửa) tạo thành vòng tròn bên trong miếng nhựa tròn để làm cốt. Trên ống nhựa mỗi cốt có gắn 3 chốt kim loại cách đều nhau làm chốt định vị. Một trong hai cốt được gắn một thanh hãm có thể kéo ra, thu vào, cốt kia được khoét lỗ đủ cho thanh hãm quay một góc nhất định (dùng làm giảm góc quay quanh trục CC của eten, etin), sơn đen cả hai được 2 cốt gọi là cốt C. Dùng hai đoạn ngắn ống nhựa phi 42 làm cốt oxi. Gắn 2 nửa nam châm đối xứng tâm được cốt O1, cốt còn lại gọi là cốt O2, cần sơn đỏ cho cả hai cốt này. 11
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Thiết kế mô hình C, O, H Dùng 2 quả bóng nhựa cỡ lớn, khoét lỗ tròn ở các quả bóng cho vừa cốt C. Trên mỗi quả bóng nhựa sau khi lắp cốt, được xuyên tâm (qua tâm quả bóng và tâm của cốt C) để gắn trục nối 2 quả bóng nhựa gần nhau ở vị trí của 2 cốt C(trục này gọi là trục CC). Trong mỗi quả bóng nhựa, gắn 3 lỗ cắm sao cho các góc có được khi nhìn từ tâm quả bóng đến tâm cốt và các lỗ cắm có giá trị khoảng 109,50 (các lỗ cắm nhóm 1), gắn thêm 2 lỗ cắm vào mỗi quả bóng sao cho các góc có được khi nhìn từ tâm quả bóng đến tâm cốt và các lỗ cắm có giá trị khoảng khoảng 1200 (các lỗ cắm nhóm 2) trong đố có 1 lỗ cắm nhóm 1 và 1 lỗ cắm nhóm 2 gần nhau nhất. Tiếp theo, dùng các nam châm gắn quanh 2 lỗ cắm liền kề nhau của một trong hai quả bóng tạo thành vòng tròn ta được mô hình nguyên tử C1, gọi là nguyên tử C1, mô hình còn lại gọi là nguyên tử C2. Sau khi sơn đen là đã hoàn thành mô hình 2 nguyên tử cacbon C1 và C2. Dùng 2 quả bóng cỡ trung bình làm mô hình nguyên tử oxi. Khoét lỗ tròn ở các quả bóng cho vừa cốt O, trên một quả bóng nhựa sau khi lắp cốt O, được xuyên tâm (qua tâm quả bóng và tâm của cốt O) để gắn trục nối với mô hình nguyên tử cacbon (trục này gọi là trục CO). Một trong hai quả bóng nhựa, gắn một lỗ cắm sao cho lỗ cắm tạo với trục CO một góc khoảng 1070 ta được mô hình nguyên tử oxi thứ nhất, gọi là nguyên tử O1, mô hình nguyên tử oxi còn lại gọi là nguyên tử O2, cần sơn đỏ cho cả nguyên tử O1 và O2. Dùng 6 quả bóng nhỏ làm mô hình nguyên tử hiđro. Xuyên tâm các quả bóng để sau lấy thanh nan hoa gắn vào nguyên tử C, nguyên tử O, sơn trắng ta được mô hình các nguyên tử H. Dùng 6 quả bóng nhựa cỡ lớn làm mô hình nguyên tử C của vòng benzen. Mài vát các quả bóng, xuyên lỗ để gắn vào vòng thép. Bên trong, ở vị trí kề nhau giữa hai quả bóng được gắn 2 nam châm đối diện nhau, đỉnh ngoài mỗi quả bóng tạo một lỗ cắm để sau này gắn nguyên tử C, H, tạo ra bộ khung vòng benzen. Một trong 6 quả bóng này (nên chọn quả bóng nằm hai bên) được gắn thêm 2 nửa nam châm tạo thành vòng quanh lỗ cắm giúp định vị cân bằng OH của phenol, mô hình nguyên tử cacbon này gọi là nguyên tử Cb1, sơn đen mô hình này ta được mô hình các nguyên tử C của benzen. 12
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Thiết kê vòng benzen Dùng các thanh nan hoa cắt bớt sao cho chiều dài đủ làm các trục CC, C O, C=O, CH, OH, trục đứng cho các phân tử chứa 2 cacbon (etin, eten, etan, etanol, etanal, axit axitetanoic), làm trục đứng và khung cho các phân tử chứa 6 cacbon (bezen, phenol). Để làm cho các bộ phận cần thiết quay được khi biểu diễn ta dùng môtơ nhỏ chạy bằng nguồn 3 pin 1,5 v có gắn bảng mạch điều khiển từ xa (tận dụng từ xe điều khiển hỏng của trẻ em) gắn vào trục đứng của các phân tử chứa 2 cacbon, gắn vào trục nguyên tử O1. II.2.4.2. Cách lắp ráp II.2.4.2.1. Cách lắp ráp mô hình phân tử etan Dùng thanh trục đứng lắp 2 nguyên tử C1, C2 sao cho nguyên tử C ở trên gắn tương đối chặt với trục ( khi môtơ làm tục quay nguyên tử C này quay theo), lắp vào mỗi nguyên tử C này 3 nguyên tử hiđro ở các lỗ cắm nhóm 1. Ở mô hình này,các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết CH, các cụm nguyên tử CH3 có thể quay quanh trục liên kết CC (khi có lực tác động từ bên ngoài), sau đó phân tử etan tự động về trạng thái bền (xen kẽ nhìn theo trục liên kết CC thấy ba nguyên tử hiđro ở cacbon số một và ba nguyên tử hiđro ở cacbon số hai lần lượt đan xen nhau). Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH3 phía trên sẽ quay, nhóm CH3 phía dưới có thể quay theo nhưng chậm hơn. Khi ngừng điều khiển thì chuyển động quay ở trên sẽ chậm dần và tự động về trạng thái bền (xen kẽ). II.2.4.2.2. Cách lắp ráp mô hình phân tử eten Dùng thanh trục (ngắn) CC lắp 2 nguyên tử C1, C2, xoay cốt C1, C2 sao cho 3 chốt ngập vào 3 rãnh cạn hơn ở trên các nguyên tử C1, C2 (làm giảm khoảng cách C1, C2 so với etan), lắp vào mỗi nguyên tử này 2 nguyên tử hiđro ở 13
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ các lỗ cắm nhóm 2, kéo thanh hãm để hạn chế góc quay giữa hai nhóm CH 2 còn khoảng 30400. Với mô hình trên,các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết CH, các cụm nguyên tử CH2 có thể dao động quay quanh trục liên kết CC (khi có lực tác động từ bên ngoài) một góc nhất định, sau đó phân tử eten tự động về trạng thái bền ( tâm của 6 nguyên tử nằm trên một mặt phẳng). Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH2 phía trên sẽ dao động (lúc lắc). Khi ngừng điều khiển thì chuyển động ở trên sẽ chậm dần và tự động về trạng thái bền (phẳng). II.2.4.2.3. Cách lắp ráp mô hình phân tử etin Dùng thanh trục (dài) CC lần lượt lắp nguyên tử H, 2 nguyên tử C1, C2 rồi đến nguyên tử H, kéo thanh hãm để hạn chế góc quay giữa hai nhóm CH còn khoảng 15200, xoay các cốt C1, C2 sao cho 3 chốt ngập vào 3 rãnh sâu hơn ở trên các nguyên tử C1, C2 (làm giảm khoảng cách C1, C2 so với eten). Ở mô hình vừa láp ráp,các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết C H, các cụm nguyên tử CH có thể dao động quay (khó khăn hơn rất nhiều so với trường hợp eten) quanh trục liên kết CC (khi có lực tác động từ bên ngoài) một góc nhất định. Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH phía trên sẽ dao động quay (lúc lắc). Khi ngừng điều khiển thì dao động quay ở trên sẽ chậm dần. II.2.4.2.4. Cách lắp ráp mô hình phân tử etanol Để lắp ráp mô hình phân tử etanol ta tiến hành giống như lắp ráp mô hình etan, chỉ khác là H ở vị trí có 2 lỗ cắm liền kề nhau của C1 được thay bằng một nhóm OH được tạo từ 1 H, nguyên tử O1. Ở mô hình vừa có, các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết CH, các nhóm nguyên tử CH3, CH2OH có thể quay quanh trục liên kết CC, nhóm nguyên tử OH có thể quay quanh trục liên kết CO (khi có lực tác động từ bên ngoài), sau đó phân tử etanol tự động về trạng thái bền nhất (xen kẽ nhìn theo trục liên kết CC thấy 2 H với O của C1 và ba H của C2 lần lượt đan xen nhau, H của OH hướng về phía xa C1 nhất). Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CH2OH và nhóm OH sẽ quay, nhóm CH3 phía dưới có thể quay theo nhưng chậm hơn. Khi ngừng điều khiển thì các chuyển động quay ở trên sẽ chậm dần và tự động về trạng thái bền. Tùy vào mục đích mà ta có thể ngắt công tắc để cho 1 trong hai nhóm trên quay khi biểu diễn. II.2.4.2.5. Cách lắp ráp mô hình phân tử etanal 14
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Để lắp ráp mô hình phân tử etanal ta tiến hành giống như lắp ráp mô hình etan, chỉ khác là. 3 H ở C1 được thay bằng 1 nguyên tử H lắp vào lỗ cắm nhóm 2 gần kề lỗ cắm nhóm 1 và O2 lắp vào lỗ cắm nhóm 2 còn lại. Ở mô hình này, các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết CH, các nhóm nguyên tử CH3, CHO có thể quay quanh trục liên kết CC (khi có lực tác động từ bên ngoài), sau đó phân tử etanal tự động về trạng thái bền nhất ( nhìn theo trục liên kết CC thấy H của C1 xen kẽ, còn O của C1 che khuất H của C2). Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm CHO phía trên sẽ quay, nhóm CH3 phía dưới có thể quay theo nhưng chậm hơn. Khi ngừng điều khiển thì chuyển động quay ở trên sẽ chậm dần và tự động về trạng thái bền. II.2.4.2.6. Cách lắp ráp mô hình phân tử axit etanoic Để lắp ráp mô hình phân tử axit etanoic ta tiến hành giống như lắp ráp mô hình etanal, chỉ khác là H ở của C1 thay bằng một nhóm OH được tạo từ 1 H và nguyên tử O1. Ở mô hình axit etanoic, các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết C H, OH, các nhóm nguyên tử CH3, COOH có thể quay quanh trục liên kết CC, nhóm OH có thể quay quanh trục liên kết OC (khi có lực tác động từ bên ngoài), sau đó phân tử tự động về trạng thái bền nhất (nhìn theo trục liên kết C C thấy O2 của C1 che khuất còn OH của C1 xen kẽ với H của C2, H của OH hướng ra xa C2, nghĩa là C1, C2, O1, H của O1 tạo thành hình giống chữ Z) hoặc trạng thái kém bền hơn (gần giống ở trên, nhưng H của OH hướng lại gần C2 , nghĩa là C1, C2, O1, H của O1 tạo thành hình giống chữ C). Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm COOH, OH sẽ quay, nhóm CH3 phía dưới có thể quay theo nhưng chậm hơn. Khi ngừng điều khiển thì chuyển động quay ở trên sẽ chậm dần và tự động về trạng thái bền. Tùy vào mục đích mà ta có thể ngắt công tắc để cho 1 trong hai nhóm trên quay khi biểu diễn. II.2.4.2.7. Cách lắp ráp mô hình phân tử benzen. Từ bộ khung vòng benzen, chỉ cần lắp lần lượt 6 H vào 6 lỗ cắmcủa 6 C ta được mô hình phân tử benzen. Ở mô hình phân tử benzen, các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết CH, các nhóm nguyên tử CH có thể quay quanh trục liên kết CC, một góc nhất định (khi có lực tác động từ bên ngoài), sau đó phân tử tự động về trạng thái bền là trạng thái phẳng. II.2.4.2.8. Cách lắp ráp mô hình phân tử phenol. Cách lắp ráp mô hình phân tử phenol giống như lắp ráp mô hình phân tử benzen, chỉ khác là thay H ở Cb1 bằng nhóm OH của etanol. 15
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Ở mô hình phân tử phenol, các nguyên tử H có thể quay quanh trục liên kết CH, OH các nhóm nguyên tử CH, COH có thể quay quanh trục liên kết C C, một góc nhất định (khi có lực tác động từ bên ngoài), sau đó chúng tự động về trạng thái bền là trạng thái phẳng. Riêng nhóm OH có khả năng quay quanh trục liên kết CO sau đó, tự động về trạng thái bền là trạng thái cân bằng mà O H ở vị trí vuông góc với mặt phẳng “vòng benzen”. Khi ta bật công tắc, bấm điều khiển từ xa, nhóm OH sẽ quay. Khi ngừng điều khiển thì chuyển động quay ở trên sẽ chậm dần và tự động về trạng thái bền. Trong quá trình chuyển động của các nguyên tử, nhóm nguyên tử trong các mô hình trên, khoảng cách giữa các nguyên tử, nhóm nguyên tử có thể thay đổi vì khi đó lò xo co giãn theo chuyển động dọc trục của các nguyên tử, nhóm nguyên tử. Lưu ý: Một số lưu ý khi tiến hành lắp ráp mô hình các phân tử trên. Giữa các nguyên tử CC, CH OH được lắp thêm lò xo và vòng đệm mỏng. Điều chỉnh khoảng cách giữa các nguyên tử cho phù hợp bằng cách xê dịch cốt C, cốt O. Từ đầu tháng 11 năm 2020, tôi bắt đầu nghiên cứu về đề tài theo các hướng sau: Thứ nhất, về việc cải tiến thiết bị, vật liệu: Qua tham khảo các mô hình đã có cho thấy việc thiết kế đã phải dùng khá nhiều nguyên vật liệu như các quả cầu nhựa, thanh kim loại, đinh vít..., mất rất nhiều thời gian cho thiết kế, chế tạo, lắp đặt và tháo dỡ, nếu cần dùng nhiều mô hình thì khó khăn trong việc vận chuyển, di dời vì khá cồng kềnh...Từ đó cho thấy cần cải tiến trong thiết kế sao cho từ một lượng ít nhất các vật liệu đã được chế tạo sẵn ban đầu có thể lắp ráp thành mô hình của nhiều phân tử khác nhau để tiết kiệm nguyên vật liệu, công sức, thời gian trong thiết kế cũng như sử dụng. Thứ hai, tạo thêm nhiều tính năng của các mô hình mô hình để giống phân tử thực: Thực tế trong các phân tử, khoảng cách, góc gữa các nguyên tử, nhóm nguyên tử không cố định mà dao động quanh một giá trị cân bằng, các nguyên tử, nhóm nguyên tử có thể quay rồi tự trở về trạng thái cân bằng... khi có lực tác động. Thứ ba, lắp đặt các thiết bị điều khiển tự động để khi biểu diễn, thí nghiệm cho phép chúng ta đặt các mô hình ở những vị trí thuận lợi cho người xem rồi người biểu diễn điều khiển từ xa mà không cần lại gần các mô hình làm giảm tính khách quan, chân thực trong quá trình biểu diễn. 16
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Thứ tư, cách thiết kế phải đơn giản, vật liệu sử dụng dễ kiếm, rẻ tiền, an toàn với con người và môi trường... để mọi học sinh và giáo viên đều có thể thiết kế và sử dụng. Việc thiết kế đã hoàn thành vào cuối tháng 01 năm 2021 và đã đưa vào thực nghiệm làm đồ dùng phục vụ cho học tập của học sinh và đồ dùng hỗ trợ dạy học Hóa Học ở các lớp gồm 11A, 11H của Trường THPT Thanh Chương 1. II.3. Thực nghiệm sư phạm. II.3.1. Nội dung thực nghiệm sư phạm. Ở lớp thực nghiệm chúng tôi sử dụng mô hình phục vụ cho giảng dạy. Ở lớp đối chứng giảng dạy theo giáo án tương tự nhưng không sử dụng mô hình. Trước và sau quá trình giảng dạy đó, có điều tra, đánh giá kết quả. II.3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. II.3.2.1. Chọn mẫu thực nghiệm. Chúng tôi chọn các lớp thực nghiệm và đối chứng đều thuộc Trường THPT Thanh Chương 1, tương đương nhau về các mặt: Chất lượng học tập bộ môn, số lượng, cùng giáo viên dạy. Lớp thực Lớp đối chứng nghiệm Lớp Sĩ số Lớp Sĩ số 11A (TN1) 41 11B (ĐC1) 39 11H (TH2) 38 11I (ĐC 2) 40 II.3.2.2. Chọn giáo viên dạy thực nghiệm. Giáo viên dạy là thầy Nguyễn Khâm Anh và cô Nguyễn Thị Thu Thủy, giáo viên dạy tại trường THPT Thanh Chương 1, Thanh Chương – Nghệ An. II.3.2.3. Phiếu điều tra. Trước và sau khi tiến hành thực nghiệm, chúng tôi phát phiếu điều tra giống nhau ở các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng. Phiếu điều tra: Đánh dấu X vào ô tương ứng với cảm nhận của em về môn hóa học 17
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ Nhàm chán Không thích Bình thường Thích Rất thích II.3.3. Tổ chức thực nghiệm. II.3.3.1. Tiến hành thực nghiệm. Từ tháng 1 năm 2021 đến tháng 3 năm 2021, chúng tôi đã dạy theo các giáo án thực nghiệm ở các lớp thực nghiệm (có sử dụng mô hình một số phân tử hợp chất hữu cơ), các lớp đối chứng dạy theo giáo án thông thường. Sau khi dạy xong chúng tôi tiến hành kiểm tra 2 lần. Trước và sau thực nghiệm, chúng tôi phát phiếu điều tra về hứng thú học tập của học sinh ở các lớp tiến hành thực nghiệm với nội dung các phiếu là giống nhau. II.3.3. 2. Kết quả thực nghiệm. * Kết quả bài kiểm tra lần 1: Bảng phân phối điểm kiểm tra lần 1 Số HS đaṭ Lớ ̉ Điêm TB Số điể p HS m Xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TN1 41 0 0 0 2 1 3 7 9 9 6 4 7.22 ĐC1 39 0 0 0 1 3 6 10 6 6 4 3 6.69 TN2 38 0 0 0 0 1 3 7 8 9 7 3 7.42 ĐC2 40 0 0 0 1 2 9 8 7 6 5 2 6.65 ∑TN 79 0 0 0 2 2 6 14 17 18 13 7 7.32 ∑ĐC 79 0 0 0 2 5 15 18 13 12 9 5 6.67 Bảng tổng hợp điểm số bài kiểm tra lần 1 Đối % Yếu, kém % TB % Khá % Giỏi tượng 18
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ TN 5.06 25.32 44.30 25.32 ĐC 8.86 41.77 31.65 17.72 * Kết quả bài kiểm tra lần 2: Bảng phân phối điểm kiểm tra lần 2 Số HS đaṭ Điêm ̉ Lớ Số điể TB p HS m Xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TN1 41 0 0 0 0 2 3 7 7 9 10 3 7.46 ĐC1 39 0 0 0 2 3 7 9 10 4 3 1 6.31 TN2 38 0 0 0 0 1 3 6 9 8 8 3 7.47 ĐC2 40 0 0 0 1 2 9 9 6 7 5 1 6.58 ∑TN 79 0 0 0 0 3 6 13 16 17 18 6 7.47 ∑ĐC 79 0 0 0 3 5 16 18 16 11 8 2 6.44 Bảng tổng hợp điểm số bài kiểm tra lần 2. Đối % Yếu, kém % TB % Khá % Giỏi tượng TN 3.80 24.05 41.77 30.38 ĐC 10.13 43.04 34.18 12.66 19
Tự động hóa mô hình các phân tử hợp chất hữu cơ * Kết quả điều tra hứng thú học tập của học sinh. Trước và sau khi các lớp được tiếp cận, sử dụng mô hình đã thiết kế, tôi tiến hành điều tra về tình cảm, thái độ học tập môn Hóa Học của học sinh. Vào giữa tháng 01 năm 2021, và đầu tháng 3 năm 2021, tôi đã tiến hành điều tra bằng cách phát phiếu thăm dò tình cảm, thái độ học tập môn Hóa Học của học sinh bốn lớp gồm 11A, 11H (lớp thực nghiệm), 11B, 11I (lớp đối chứng), trong đó năng lực học tập môn Hóa Học của lớp 11A tương đương 11B, 11H tương đương 11I. Cụ thể mỗi học sinh các lớp điều tra được phát mỗi lần một phiếu thăm dò tình cảm, thái độ học tập môn Hóa Học theo các cấp độ: Rất thích, thích, bình thường, không thích, nhàm chán. Nhàm chán Không Bình Thích Rất thích thường thích Kết quả thu được khi phát phiếu thăm dò lần 1 ở các lớp 11A, 11H vào thời điểm các lớp chưa tiếp cận, sử dụng mô hình đã thiết kế: Không Bình Nhàm chán Thích Rất thích thích thường 13 17 21 18 10 16,46% 21,52% 26,58% 22,79% 12,65% Kết quả thu được khi phát phiếu thăm dò lần 2 ở các lớp 11A, 11H sau khi các lớp đã được tiếp cận, sử dụng mô hình đã thiết kế: Không Bình Nhàm chán Thích Rất thích thích thường 7 11 20 23 18 8,86% 13,92% 25,32% 29,11% 22,79% 20