Tài liệu Phân loại và giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học phổ thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ KIM NGÂN PHÂN LOẠI VÀ GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC HỮU CƠ LỚP 12 THEO MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUNG GÓP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY VÀ HỌC MÔN HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC HÀ NỘI – 2012 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ KIM NGÂN PHÂN LOẠI VÀ GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC HỮU CƠ LỚP 12 THEO MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUNG GÓP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY VÀ HỌC MÔN HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: Lý luận và phương pháp dạy học (bộ môn Hóa học) Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Vũ Ngọc Ban HÀ NỘI – 2012 2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ BTHH Bài tập hóa học CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử CTPTTB Công thức phân tử trung bình dd Dung dịch ĐC Đối chứng fư Phản ứng GV Giáo viên HS Học sinh PTHH Phương trình hóa học SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNKQ Trắc nghiệm khách quan 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Phân phối tần suất số học sinh theo điểm bài kiểm tra ......................84 Bảng 3.2. Tỉ lệ HS trả lời đúng câu hỏi ..............................................................85 Bảng 3.3. Bảng điểm kiểm tra của học sinh .......................................................86 Bảng 3.4. Bảng điểm trung bình ........................................................................87 Bảng 3.5. Bảng % HS đạt điểm yếu, kém; trung bình; khá; giỏi ........................87 Bảng 3.6. Bảng % HS đạt điểm từ Xi trở xuống .................................................87 Bảng 3.7. Tổng hợp các tham số đặc trưng ........................................................91 5 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Đồ thị 3.1. Đường luỹ tích điểm kiểm tra - Đề số 3 Trường THPT An Lão ................. 88 Đồ thị 3.2. Đường luỹ tích điểm kiểm tra - Đề số 3 Trường THPT Hàng Hải.............. 88 Đồ thị 3.3. Đường luỹ tích điểm kiểm tra - Đề số 4 Trường THPT An Lão ................. 89 Đồ thị 3.4. Đường luỹ tích điểm kiểm tra – Đề số 4 Trường THPT Hàng Hải ............. 89 Biểu đồ 3.1. Đề số 3 - An Lão .......................................................................... 90 Biểu đồ 3.2. Đề số 3 - Hàng Hải ....................................................................... 90 Biểu đồ 3.3. Đề số 4 - An Lão .......................................................................... 90 Biểu đồ 3.4. Đề số 4 - Hàng Hải ....................................................................... 90 6 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn ............................................................................................... i Danh mục viết tắt ..................................................................................... ii Danh mục các bảng .................................................................................. Danh mục các biểu đồ .............................................................................. iii iv v Mục lục ................................................................................................... MỞ ĐẦU ................................................................................................. Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI........... 1.1. Cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình dạy 1 4 và học môn hóa học THPT ....................................................................... 4 1.1.1. Quá trình dạy học ........................................................................... 4 1.1.2. Chất lượng dạy học ......................................................................... 1.1.3. Một số biện pháp để nâng cao chất lượng dạy học. ......................... 1.2. Bài tập hóa học. ................................................................................. 4 4 5 1.2.1. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học ............................................. 5 1.2.2. Lựa chọn và phân loại bài tập hóa học ............................................ 1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường phổ thông ........ 5 9 1.3. Phương pháp chung giải bài toán hóa học THPT ............................... 10 1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học ........................... 1.3.2. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng. .................................. 10 11 1.3.3. Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông ....................................................................................................... 13 Chƣơng 2 : LỰA CHỌN, PHÂN LOẠI VÀ GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC HỮU CƠ LỚP 12 THEO PHƢƠNG PHÁP CHUNG GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ........... 20 2.1. Tổng quan về chương trình hóa học hữu cơ lớp 12 THPT ................. 20 2.2. Phân loại và giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT ............................................. 2.2.1. Chương Este – Lipit........................................................................ 21 21 2.2.2. Chương Cacbohiđrat ....................................................................... 37 2.2.3. Chương Amin - Aminoaxit – Protein .............................................. 2.2.4. Chương Polime và vật liệu polime .................................................. 52 68 7 2.3. Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy trong dạy học phần hữu cơ - Hóa học lớp 12 ..................................... 2.3.1 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy trong việc xây dựng kiến thức mới, kĩ năng mới ................................ 2.3.2. Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy trong việc vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng ................................ 2.3.3 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy vào việc kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh ............... 78 79 80 80 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .............................................. 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm .................................................. 3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm .................................................. 83 83 3.3. Quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm ......................................... 83 3.3.1. Đối tượng và địa bàn thực nghiệm .................................................. 83 3.3.2. Thiết kế chương trình thực nghiệm sư phạm ................................... 84 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm .......................................................... 85 3.4.1. Kết quả thực hiện nhiệm vụ thứ nhất .............................................. 85 3.4.2. Kết quả thực hiện nhiệm vụ thứ hai ................................................ 86 KẾT LUẬN ............................................................................................. 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... 95 PHỤ LỤC................................................................................................ 97 8 83 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong quá trình dạy và học môn Hóa học, BTHH có một vai trò quan trọng trong việc củng cố kiến thức, rèn luyện và phát triển năng lực nhận thức tư duy cho HS. Thông qua việc giải bài tập, HS rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, tính tự lập, sáng tạo và tăng cường niềm say mê, hứng thú trong học tập. Trong quá trình dạy và học, các GV và HS luôn mong muốn có được những câu hỏi, bài toán tốt, có những cách giải dễ dàng, thuận tiện để nâng cao hiệu quả dạy và học. Tuy nhiên, hiện nay trong các tài liệu tham khảo hóa học số lượng BTHH quá lớn và đa dạng, phương pháp giải các bài toán hóa học đưa ra lại nhiều nên HS và ngay cả một số GV cũng cảm thấy lúng túng trong việc lựa chọn và giải các bài toán hóa học. Gần đây, trong cuốn sách “Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông”, tác giả đã hệ thống hóa và đưa ra một phương pháp chung để giải các bài toán hóa học. Đó là phương pháp dựa vào quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng và các công thức biểu thị quan hệ giữa số mol chất với các đại lượng thường gặp như khối lượng, thể tích, nồng độ… của chất. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng dễ dàng thiết lập được khi đã viết và cân bằng được các phương trình hóa học, còn số công thức hóa học cần thiết khi giải bài toán hóa học không nhiều (4 công thức chính). Do đó việc giải bài toán hóa học theo phương pháp trên là đơn giản, thuận tiện đối với HS. Việc vận dụng phương pháp chung nêu trên để giải các bài toán hóa học cụ thể, như các bài toán hóa học hữu cơ, sẽ giúp cho HS nắm vững cách giải các bài toán đó, đồng thời có được một phương pháp tư duy thống nhất để giải các bài toán hóa học khác. Xuất phát từ các lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “Phân loại và giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 theo một phƣơng pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học phổ thông” 9 2. Lịch sử nghiên cứu Như đã trình bày ở trên, cho đến nay đã có nhiều tác giả nêu ra nhiều cách phân loại và cách giải các bài toán hóa học, đặc biệt là các phương pháp giải nhanh các bài tập trắc nghiệm. Trong tài liệu “Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông”, tác giả đã đưa ra một phương pháp chung đơn giản và thuận tiện để giải các bài toán hóa học THPT. Việc áp dụng phương pháp chung nêu trên trong việc giải các bài toán Hóa vô cơ lớp 12 và bài toán xác định công thức hợp chất hữu cơ đã được trình bày ở hai luận văn thạc sĩ sư phạm hóa học. Bản luận văn này tiếp tục áp dụng phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học THPT. 3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3.1.Mục đích nghiên cứu - Lựa chọn và phân loại các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12. - Nêu phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT và vận dụng để giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học THPT. 3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học THPT; ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học trong quá trình dạy và học môn hóa học; cơ sở lựa chọn và cách phân loại các bài tập hóa học. Thực trạng của việc sử dụng các bài toán hóa học của GV và HS ở trường phổ thông. Trình bày phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông và vận dụng để giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12. Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của đề tài. 4. Khách thể nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu 4.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy và học môn hóa học ở trường THPT 4.2. Đối tượng nghiên cứu Các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 . 10 5. Phạm vi nghiên cứu Phần hóa học hữu cơ lớp 12. 6. Câu hỏi nghiên cứu Cơ sở lựa chọn và phân loại các bài tập hóa học là gì? Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT là phương pháp nào? 7. Giả thuyết nghiên cứu Nếu HS và GV có được một hệ thống bài tập được lựa chọn, phân loại theo các mức độ nhận thức tư duy và nắm được phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để vận dụng giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12, thì HS sẽ nắm vững được kiến thức và dễ dàng giải các bài toán cụ thể, đồng thời GV có được một phương pháp thống nhất để hướng dẫn HS giải các bài toán hóa học nói chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học THPT. 8. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn. - Phương pháp thống kê toán học, xử lý số liệu. 9. Đóng góp mới của đề tài Đã lựa chọn và phân loại các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 theo các mức độ nhận thức tư duy và giải chúng theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT. Đây là một tài liệu tham khảo tốt cho GV và HS, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học ở trường THPT. 10. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2: Lựa chọn, phân loại và giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 theo phương pháp chung giải các bài toán hoá học trung học phổ thông. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 11 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lƣợng, hiệu quả quá trình dạy và học môn hóa học THPT 1.1.1. Quá trình dạy học Quá trình dạy học là toàn bộ các hoạt động chung của cả thầy và trò, trong đó dưới vai trò chủ đạo ( tổ chức, điều khiển, thiết kế, chỉ đạo) của thầy mà học sinh tích cực, chủ động, độc lập, sáng tạo lĩnh hội kiến thức nhằm thực hiện có chất lượng và hiệu quả mục tiêu và các nhiệm vụ dạy học. 1.1.2. Chất lượng dạy học Chất lượng dạy học được hiểu là chất lượng giảng dạy của người dạy và chất lượng học tập của người học xét cả về mặt định lượng và định tính so với các mục tiêu của môn học. Tiêu chuẩn của một quá trình dạy học có chất lượng và hiệu quả (theo quan điểm của công nghệ dạy học) là phải thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ dạy học trong nhà trường: - Giúp cho học sinh nắm vững các tri thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, có hệ thống, sát với thực tiễn Việt Nam và các kỹ xảo tương ứng về khoa học tự nhiên, khoa học xã hội và khoa học tư duy, về nghệ thuật và kĩ thuật, và những kỹ xảo tham gia lao động sản xuất, các hoạt động xã hội. - Phát triển các năng lực và phẩm chất hoạt động trí tuệ, thể chất của học sinh. Trong quá trình dạy học, việc hình thành các tri thức, kỹ năng kỹ xảo, phát triển trí tuệ phải dẫn đến hình thành ở học sinh lý‎ tưởng đạo đức, tác phong của người công dân, động cơ, thái độ học tập đúng đắn và các phẩm chất đạo đức khác. Dạy học có hiệu quả là hoạt động dạy học đáp ứng được một cách đúng đắn và kịp thời các yêu cầu của nền kinh tế - xã hội với sự chi phí tối ưu về thời gian, sức lực và tiền của của GV, HS, nhân dân và nhà nước. 1.1.3. Một số biện pháp để nâng cao chất lượng dạy học. Chất lượng, hiệu quả của quá trình dạy học hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nội dung chương trình đào tạo, hệ thống sách giáo khoa, điều kiện cơ sở vật 12 chất phục vụ quá trình dạy và học, đổi mới phương pháp dạy học, kiểm tra đánh giá... Trong phạm vi bản luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến tầm quan trọng của BTHH trong giảng dạy môn hóa học, trong đó tập trung vào việc lựa chọn, phân loại và phương pháp giải bài toán hóa học để góp phần nâng cao hiệu quả của việc dạy và học môn hóa học. 1.2. Bài tập hóa học. 1.2.1. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học Việc dạy học không thể thiếu bài tập. Sử dụng bài tập trong dạy học là một biện pháp hết sức quan trọng để nâng cao chất lượng dạy học. Bài tập hóa học có ý nghĩa tác dụng to lớn về nhiều mặt. - Trí dục. + Làm chính xác hóa khái niệm hóa học, 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. + Rèn luyện các kỹ năng hóa học như: cân bằng PTHH, tính toán theo PTHH… - Giáo dục. Rèn luyện đức tính chính xác, kiên nhẫn, trung thực và lòng say mê khoa học hóa học. Bài tập thực nghiệm còn có tác dụng rèn luyện văn hóa lao động. - Phát triển. Phát triển ở học sinh ở năng lực tư duy logic, biện chứng, khái quát, độc lập, thông minh và sáng tạo. Trong quá trình dạy học, người GV cần phải tạo điều kiện để thông qua hoạt động này các năng lực tư duy được phát triển, HS sẽ có những phẩm chất tư duy mới, thể hiện ở: năng lực phát hiện vấn đề mới, tìm ra hướng mới, tạo ra kết quả học tập mới. 1.2.2. Lựa chọn và phân loại bài tập hóa học 1.2.2.1. Lựa chọn bài tập hóa học Hiện nay số lượng câu hỏi và bài toán hóa học trong sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo rất phong phú và đa dạng. Để phục vụ tốt cho việc dạy và học môn hóa học cần phải lựa chọn những bài toán hóa học đảm bảo các yêu cầu: 13 - Bám sát và phục vụ tốt mục tiêu dạy học. - Nội dung phải phong phú, ngắn gọn. - Được xây dựng trên quan điểm không phức tạp hóa bởi các thuật toán mà chú trọng đến nội dung hóa học, đến việc mở rộng kiến thức hóa học và các ứng dụng của hóa học trong thực tiễn. - Kết hợp sử dụng bài toán tự luận và trắc nghiệm khách quan. - Sử dụng bài toán hóa học theo các mức độ từ dễ đến khó. Bên cạnh những bài cơ bản cần có bài toán nâng cao, tổng hợp để phát huy tính độc lập, sáng tạo trong nhận thức, tư duy của HS. - Bên cạnh những bài tập có hướng dẫn giải cần phải có các bài tự luyện, giúp HS tự học, phát huy tính chủ động, sáng tạo. 1.2.2.2. Phân loại bài tập hóa học Sau khi đã lựa chọn được các bài tập thì việc phân loại chúng có ý nghĩa quan trọng. Có nhiều cách phân loại bài tập hoá học tùy thuộc vào cơ sở phân loại. Có thể dựa vào các cơ sở sau: - Khối lượng kiến thức: bài tập dạng cơ bản, bài tập tổng hợp. - Tính chất bài tập: bài tập định tính và bài tập định lượng. - Hình thái hoạt động của học sinh: bài tập lý thuyết và bài tập thực nghiệm. - Dựa vào kiểu bài hoặc dạng bài: bài tập xác định công thức phân tử của hợp chất; tính thành phần phần trăm của hỗn hợp; nhận biết, tách các chất ra khỏi hỗn hợp, điều chế... - Dựa vào nội dung: bài tập nồng độ, điện phân, áp suất... - Dựa vào chức năng: bài tập kiểm tra sự hiểu và nhớ; bài tập đánh giá các khả năng (vẽ sơ đồ, tìm tài liệu, tổng kết...); bài tập rèn luyện tư duy khoa học (phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch...) - Cách tiến hành giải: bài tâ ̣p trắc nghiệm, bài tập tự luận. Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn cách phân loại bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy của HS.  Đánh giá trình độ phát triển tư duy của học sinh theo B.S. Bloom Giáo sư B.S. Bloom đã xây dựng các cấp độ của mục tiêu giáo dục, thường được gọi là cách phân loại Bloom, trong đó lĩnh vực nhận thức được chia thành các mức độ hành vi từ đơn giản nhất đến phức tạp nhất với sáu mức độ: 14 - Nhận biết là sự nhớ lại các dữ liệu, thông tin đã có trước đây; nghĩa là một người có thể nhận biết thông tin, ghi nhớ, tái hiện thông tin, nhắc lại một loạt dữ liệu, từ các sự kiện đơn giản đến các lí thuyết phức tạp. - Thông hiểu là khả năng nắm được, hiểu được ý nghĩa của các khái niệm, hiện tượng, sự vật; giải thích được, chứng minh được. - Vận dụng là khả năng sử dụng các kiến thức đã học vào một hoàn cảnh cụ thể mới: vận dụng nhận biết, hiểu biết thông tin để giải quyết vấn đề đặt ra. - Phân tích là khả năng phân chia một thông tin ra thành các phần thông tin nhỏ sao cho có thể hiểu được cấu trúc, tổ chức của nó và thiết lập mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau giữa chúng. - Tổng hợp là khả năng sắp xếp, thiết kế lại thông tin, các bộ phận từ các nguồn tài liệu khác nhau và trên cơ sở đó tạo lập nên một hình mẫu mới. - Đánh giá là khả năng xác định giá trị của thông tin: bình xét, nhận định, xác định được giá trị của một tư tưởng, một phương pháp, một nội dung kiến thức.  Đánh giá trình độ phát triển tư duy của học sinh theo quan điểm của cố Giáo sư Nguyễn Ngọc Quang Theo cố giáo sư Nguyễn Ngọc Quang, việc đánh giá trình độ phát triển tư duy của HS thông qua quá trình dạy học môn hóa học gồm có bốn trình độ nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo: - Trình độ tìm hiểu: Nhận biết, xác định, phân biệt và nhận ra kiến thức cần tìm hiểu. - Trình độ tái hiện: Tái hiện thông báo về đối tượng theo trí nhớ hay ý nghĩa ( kiến thức tái hiện) - Trình độ kỹ năng: Vận dụng kiến thức vào thực tiễn bằng cách chuyển tải chúng vào những đối tượng và tình huống quen thuộc ( kiến thức kỹ năng). - Trình độ biến hóa: Vận dụng kiến thức vào thực tiễn bằng cách truyền tải chúng vào những đối tượng và tình huống quen biết nhưng đã bị biến đổi hoặc chưa quen biết.  Đánh giá trình độ phát triển tư duy của HS Việt Nam hiện nay. Theo Hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ Giáo dục trung học năm học 2009 -2010, Bộ Giáo dục và Đào tạo chỉ đạo dạy học bám sát theo chuẩn kiến thức, kỹ năng theo 15 các cấp độ: Nhận biết, Thông hiểu và Vận dụng (mức cơ bản) và Vận dụng sáng tạo (mức nâng cao). - Nhận biết: Là sự nhớ lại các dữ liệu, thông tin đã có trước đây ; nghĩa là có thể nhận biết thông tin, ghi nhớ, tái hiện thông tin, nhắc lại một loạt dữ liệu, từ các sự kiện đơn giản đến các lí thuyết phức tạp. Đây là mức độ, yêu cầu thấp nhất của trình độ nhận thức. HS phát biểu đúng một định nghĩa, định lí nhưng chưa giải thích và vận dụng được chúng. - Thông hiểu: Là khả năng nắm được, hiểu được ý nghĩa của các khái niệm, sự vật, hiện tượng; giải thích, chứng minh được ý nghĩa của các khái niệm, sự vật, hiện tượng; là mức độ cao hơn nhận biết nhưng là mức độ thấp nhất của việc thấu hiểu sự vật, hiện tượng, liên quan đến ý nghĩa của các mối quan hệ giữa các khái niệm, thông tin mà HS đã học hoặc đã biết. Điều đó có thể được thể hiện bằng việc chuyển thông tin từ dạng này sang dạng khác, bằng cách giải thích thông tin (giải thích hoặc tóm tắt) và bằng cách ước lượng xu hướng tương lai (dự báo các hệ quả hoặc ảnh hưởng). - Vận dụng: Là khả năng sử dụng các kiến thức đã học vào một hoàn cảnh cụ thể mới: vận dụng nhận biết, hiểu biết thông tin để giải quyết vấn đề đặt ra; là khả năng đòi hỏi HS phải biết vận dụng kiến thức, biết sử dụng phương pháp, nguyên lí hay ý tưởng để giải quyết một vấn đề nào đó. Đây là mức độ vận dụng cao hơn mức độ thông hiểu trên, yêu cầu áp dụng được các quy tắc, phương pháp, khái niệm, nguyên lí, định lí, công thức để giải quyết một vấn đề trong học tập hoặc của thực tiễn. - Vận dụng sáng tạo: Là khả năng phân tích, đánh giá, tổng hợp, sắp xếp, thiết kế lại thông tin; khai thác, bổ sung thông tin từ các nguồn tư liệu khác để sáng lập một hình mẫu mới. Mức độ sáng tạo yêu cầu tạo ra được một hình mẫu mới, một mạng lưới các quan hệ trừu tượng (sơ đồ phân lớp thông tin). Kết quả học tập trong lĩnh vực này nhấn mạnh vào các hành vi, năng lực sáng tạo, đặc biệt là trong việc hình thành các cấu trúc và mô hình mới. Với các tiêu chí đánh giá trình độ nhận thức tư duy của HS như trên, trong quá trình dạy học nói chung và dạy học hóa học nói riêng, mỗi GV cần phải chú ý 16 phối hợp nhiều hình thức dạy học cho phù hợp nhằm phát triển tư duy cho HS, trong đó việc sử dụng hệ thống các câu hỏi và bài toán hóa học trong dạy học hóa học ở trường phổ thông là một hướng quan trọng. Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn cách phân loại bài toán hóa học theo bốn mức độ nhận thức tư duy của HS dựa trên thang bậc nhận thức của Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam đã hướng dẫn. 1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường phổ thông Để tìm hiểu thực trạng của việc sử dụng bài toán hóa học ở trường phổ thông, chúng tôi đã tiến hành khảo sát GV và HS ở các trường THPT trên địa bàn huyện An Lão – Hải Phòng dưới hình thức phát phiếu tham khảo ý kiến của GV (Phụ lục 1) và phiếu thăm dò ý kiến HS (Phụ lục 2). Kết quả khảo sát cho thấy: - Đối với GV: + 100% GV cho rằng việc sử dụng bài toán hóa học trong dạy học là rất cần thiết vì qua đó giúp HS nhớ được kiến thức lý thuyết, rèn kỹ năng hóa học, vận dụng kiến thức vào việc giải bài tập, giải thích các hiện tượng xảy ra trong đời sống; đồng thời kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS. + 100% GV sử dụng các bài toán hóa học trong các tiết ôn tập, luyện tập, kiểm tra, đánh giá nhưng ít GV sử dụng khi xây dựng kiến thức mới, hình thành kĩ năng mới (40%). + Nguồn bài tập GV thường sử dụng chủ yếu là từ các tài liệu có sẵn như sách giáo khoa, sách bài tập, các tài liệu tham khảo khác và thích sử dụng các bài tập đã có sẵn lời giải hoặc hướng dẫn giải. + Khi hướng dẫn HS giải các bài toán hóa học, hầu hết GV (93,33%) không theo một phương pháp chung nào mà mỗi dạng bài lại có những cách giải khác nhau. - Đối với HS: + 100% HS cho rằng bài toán hóa học khó vì có nhiều dạng bài tập, nhiều cách giải khác nhau. + Thường sử dụng bài tập từ các tài liệu có sẵn như sách giáo khoa, sách bài tập, đề cương GV phát và 78% HS thích sử dụng các bài tập đã có sẵn lời giải hoặc hướng dẫn giải. 17 + Trên lớp thầy cô không hướng dẫn giải các bài toán hóa học theo một phương pháp chung nào mà mỗi dạng bài có phương pháp giải khác nhau nên các em bị lúng túng, khó xử lý hay vận dụng khi gặp một bài toán mới. Từ thực trạng trên chúng tôi nhận thấy việc lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học và giải chúng theo một phương pháp chung là yêu cầu cần thiết đối với GV và HS trong việc dạy và học môn Hóa học ở THPT. 1.3. Phƣơng pháp chung giải bài toán hóa học THPT Để giải các BTHH, trước hết cần phân tích nội dung bài toán và biểu thị nội dung đó bằng các PTHH. Khi đã viết và cân bằng được các PTHH, sẽ dễ dàng thiết lập được mối quan hệ giữa số mol của các chất tham gia hay hình thành sau phản ứng, nhờ đó tính được số mol của “các chất cần tính toán” khi biết số mol của “các chất có số liệu cho trước”. Tuy nhiên trong BTHH các số liệu cho trước không phải là số mol của các chất mà là khối lượng, thể tích, nồng độ của các chất…và mục đích BTHH cũng không phải là xác định số mol “các chất cần tính toán” mà là xác định khối lượng, thể tích, nồng độ…của các chất đó. Như vậy, để giải các BTHH, ngoài quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng, còn cần phải dựa vào một số công thức chuyển đổi khối lượng, thể tích, nồng độ…của các chất ra số mol chất và ngược lại. 1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học Để chuyển đổi các đại lượng như nồng độ, thể tích, khối lượng của chất ra số mol chất, ta sử dụng 4 công thức chính: STT Công thức Số mol chất 1 m  M.n n m M 2 V0  22,4.n n V0 22,4 3 CM  n ct V n ct  V.C M C%  m ct .100 % m dd n ct  1 C% .m dd . M ct 100 %  m ct .100 % V.d  1 C% .V.d. M ct 100 % 4 18 Trong đó, các công thức 1, 2, 3, 4 biểu thị: + Quan hệ giữa khối lượng (m), khối lượng mol (M), số mol (n) của chất. + Quan hệ giữa thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (V0) với số mol khí. + Quan hệ giữa nồng độ mol (CM), số mol chất tan (nct) và thể tích dd (V). + Quan hệ giữa nồng độ phần trăm (C%), khối lượng chất tan (mct) và khối lượng hay thể tích dung dịch (mdd, V). Ghi chú: Trong công thức (3), V tính bằng lít còn trong công thức (4), V tính bằng ml, d tính bằng g/ml. Áp dụng các công thức trên cho trường hợp hỗn hợp các chất, ví dụ hỗn hợp 2 chất có khối lượng là m1, m2, khối lượng mol là M1, M2, số mol là n1, n2 ta có: m hh  n1.M1  n 2 .M 2 M hh  m hh n1.M1  n 2 .M 2  n hh n1  n 2 v.v... 1.3.2. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng. Ví dụ 1: Xét phản ứng: aA + bB  cC + dD. Gọi số mol các chất A, B, C, D tham gia hay hình thành sau phản ứng là nA, nB, nC, nD, ta có: nA nB nC nD    a b c d Từ hệ thức này, ta có thể tính số mol của một chất bất kì theo số mol của các chất khác đã tham gia phản ứng: nA  a a a d d d nB  nC  nD ; nD  nA  nB  nC a b c b c d v.v... Ví dụ với phản ứng: (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH  3C17H35COONa + C3H5(OH)3 1 1 Ta có: n C3H5 ( OH)3  n ( C17H35COO )3 C3H5  n NaOH  n C17H35COONa 3 3 n C17H35COONa  3n C3H5 (OH)3  3n (C17H35COO)3 C3H5  n NaOH … 19 Ví dụ 2: Xét dãy biến hóa: 2A + 5B  C +3D (1) 3C + E  5G + 4H (2) 2H + 3I  5K + 3M (3) Giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Hãy thiết lập mối quan hệ giữa số mol của các chất bất kì đã tham gia phản ứng, ví dụ giữa nK và nA, giữa nB và nM? Hướng dẫn giải: Để thiết lập mối quan hệ giữa n K và nA, ta xuất phát từ chất K và xét mối quan hệ giữa K và A thông qua các chất trung gian H, C. Cụ thể theo các phản ứng (3), (2), (1) ta có: nK  5 4 1 nH ; nH  nA ; nC  nA 2 3 2 5 4 1 5  nK  . . nA  nA 2 3 2 3 Tương tự, để thiết lập quan hệ giữa n B và nM, ta xuất phát từ chất B và xét mối quan hệ giữa B và M thông qua các chất trung gian C và H, ta có: n B  5n C ; n C  3 2 nH; nH  nM 4 3 3 2 5  n B  5. . n M  n M 4 3 2 Trong thực tế, việc thiết lập các quan hệ trên có thể thực hiện nhanh bằng cách tính nhẩm, ví dụ với dãy biến hóa:  0 ,t (C6H10O5)n + nH2O H  n C6H12O6 (1) lên men C6H12O6   2C2H5OH + 2CO2 (2) CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (3) Giả sử cần thiết lập quan hệ giữa n ( C6H10O5 )n với n CaCO3 , ta nhẩm thấy: n ( C6H10O5 )n  1 1 n C6H12O6 , n C6H12O6  n CO 2 , n CO 2  n CaCO3 n 2 Nhân các hệ số khác 1 với nhau, ta được: 1 1 1 n ( C6H10O5 )n  . n CaCO3  n CaCO3 n 2 2n Ví dụ 3: Hoà tan hỗn hợp saccarozơ, glucozơ vào nước thu được dung dịch A. Thuỷ phân dung dịch A bằng dung dịch HCl. Trung hòa hết axit dư rồi cho tất cả sản phẩm thu được tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thu được Ag. 20 Thiết lập quan hệ giữa khối lượng hỗn hợp, số mol Ag với số mol các chất trong hỗn hợp ban đầu? Hướng dẫn giải:  0 ,t C12H22O11 + H2O H  C6H12O6 + C6H12O6 (Saccarozơ) (1) (Glucozơ) (Fructozơ)  OH Fructozơ   Glucozơ (2) 0 t CH2OH[CHOH]4CHO + 2[Ag(NH3)2]OH  (Glucozơ) CH2OH[CHOH]4COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O (3) Đặt số mol của saccarozơ, glucozơ trong hỗn hợp đầu lần lượt là x, y mol. Ta có: mhỗn hợp = 342x + 180y (a) Theo phương trình (1), (2) và dữ kiện đề bài: nGlucozơ= 2x + y Theo phương trình (3): nAg = 2(2x + y) = 4x + 2y (b) Các phương trình (a), (b) biểu thị các quan hệ cần tìm. Như vậy, nhận thấy khi đã viết và cân bằng được các PTHH thì dễ dàng thiết lập được quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng. Dựa vào các quan hệ này và các công thức đã nêu ở trên (mục 1.3.1) có thể giải quyết được các bài toán hóa học. Điều này sẽ được thể hiện rõ ở phần tiếp theo của bản luận văn. 1.3.3. Phương pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông Qua các ví dụ trên, nhận thấy các bài toán hóa học có thể chia thành 2 loại là bài toán hỗn hợp và “không hỗn hợp”. - Bài toán “không hỗn hợp” là loại bài toán liên quan đến phản ứng của 1 chất qua một giai đoạn hay một dãy biến hóa (như ví dụ 1, 2 ở trên). - Bài toán hỗn hợp là loại bài toán liên quan đến phản ứng của hỗn hợp chất (như ví dụ 3 ở trên) Loại bài toán “không hỗn hợp” Phương pháp giải các bài toán loại này là: Lập biểu thức tính đại lượng mà bài toán đòi hỏi, rồi dựa vào quan hệ giữa số mol của “chất cần tính toán” với số mol của “chất có số liệu cho trước” trong PTHH và dựa vào các công thức để giải. 21