Tài liệu Phân loại và giải các bài toán hóa học lớp 8 và lớp 9 theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học cơ sở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ………… NGUYỄN THỊ VÂN ANH PHÂN LOẠI VÀ GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC LỚP 8 VÀ LỚP 9 THEO MỘT PHƢƠNG PHÁP CHUNG GÓP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY VÀ HỌC MÔN HÓA HỌC TRUNG HỌC CƠ SỞ LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM HOÁ HỌC CHUYÊN NGÀNH: Lý luận và phƣơng pháp dạy học (Bộ môn Hoá học) Mã số: 60.14.10 Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Vũ Ngọc Ban HÀ NỘI - 2012 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ĐLBTKL Định luật bảo toàn khối lƣợng ĐLBTNT Định luật bảo toàn nguyên tố ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh PTHH Phƣơng trình hoá học PƢHH Phản ứng hóa học SGK Sách giáo khoa THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sƣ phạm 2 MỤC LỤC Lời cảm ơn i Dạnh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ii Danh mục các bảng v Danh mục các biểu đồ vi MỞ ĐẦU............................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài................................................................................................ 1 2. Lịch sử nghiên cứu............................................................................................ 2 3. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài.................................................................... 2 3.1. Mục tiêu của đề tài.......................................................................................... 2 3.2. Nhiệm vụ của đề 2 tài......................................................................................... 2 4. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 2 5. Khách thể nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu................................................ 2 5.1. Khách thể nghiên 3 cứu...................................................................................... 3 5.2. Đối tƣợng nghiên cứu..................................................................................... 3 6. Câu hỏi nghiên cứu............................................................................................ 3 7. Giả thuyết nghiên cứu....................................................................................... 3 8. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 3 9. Đóng góp mới của đề tài.................................................................................... 5 10. Cấu trúc của luận văn....................................................................................... Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI....................... 5 1.1. Cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lƣợng, hiệu quả quá trình dạy và học 5 môn Hóa học THCS............................................................................................... 5 1.1.1. Quá trình dạy học......................................................................................... 1.1.2. Chất lƣợng dạy học...................................................................................... 6 1.1.3. Một số biện pháp đổi mới để nâng cao chất lƣợng dạy học hóa học ở 6 THCS. ................................................................................................................... 1.2. Bài tập hóa học................................................................................................ 6 3 1.2.1. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học trong quá trình dạy và học môn 7 hóa học THCS............................................................................................... 10 1.2.2. Lựa chọn và phân loại bài tập hóa học ........................................................ 11 1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trƣờng THCS......................... 11 1.3. Phƣơng pháp chung giải bài toán hóa học THPT........................................... 12 1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa 13 học........................................ 18 1.3.2. Quan hệ giữa số mol các chất phản ứng....................................................... 1.3.3. Phƣơng pháp chung giải bài toán hóa học THPT........................................ 19 Tiểu kết chƣơng 1.................................................................................................. 19 Chƣơng 2: LỰA CHỌN, PHÂN LOẠI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC LỚP 19 8, LỚP 9 VÀ GIẢI THEO PHƢƠNG PHÁP CHUNG GIẢI CÁC BÀI 20 TOÁN HÓA HỌC, THPT................................................................................... 2.1. Tổng quan chƣơng trình môn hóa học THCS............................................. 20 2.1.1. Nội dung chƣơng trình hóa học THCS................................................... 21 2.1.2. Mục tiêu chƣơng trình hóa học THCS...................................................... 29 2.2. Hệ thống các bài toán hóa học lựa chọn, phân loại và giải theo phƣơng 35 pháp chung................................................................................................... 42 2.2.1. Oxi – Không khí................................................................................. 48 2.2.2. Hidro – Nƣớc........................................................................................... 56 2.2.3. Dung dịch................................................................................................... 64 2.2.4. Các loại hợp chất vô cơ........................................................................... 70 2.2.5. Kim loại ................................................................................................ 72 2.2.6. Phi kim .................................................................................................... 75 Bài toán tổng hợp hóa vô cơ.............................................................................. 81 2.2.7. Hóa học hữu cơ....................................................................................... Hidrocacbon........................................................................................................ 82 Dẫn xuất hidrocacbon.................................................................................... Bài toán tổng hợp hóa hữu cơ........................................................................ 4 82 2.3. Sử dụng hệ thống các bài toán hóa học biên soạn trong dạy học môn hóa học lớp 8 và lớp 9.......................................................................................... 83 2.3.1. Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức và tƣ duy trong việc xây dựng nhận thức mới, kĩ năng mới............................................ 83 2.4.2. Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức và tƣ duy 84 trong việc vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng............................................. 85 2.4.3 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học vào việc kiểm tra, đánh giá kiến thức, 85 kĩ năng của học sinh.......................................................................................... 85 Tiểu kết chƣơng 2........................................................................................... 85 Chƣơng 3:THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM....................................................... 85 3.1. Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm.............................................. 85 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm............................................................. 85 3.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm......................................................... 87 3.2. Chuẩn bị thực nghiệm.............................................................................. 87 3.2.1. Chọn địa bàn, đối tƣợng thực nghiệm............................................... 87 3.2.2. Kiểm tra mẫu trƣớc thực nghiệm.......................................................... 89 3.3. Quá trình tiến hành TNSP................................................................... 96 3.3.1.Tiến hành thực nghiệm.......................................................................... 97 3.3.2. Kết quả thực nghiệm.............................................................................. 98 3.3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm................................................................... 100 3.3.4. Phân tích kết quả thực nghiệm............................................................ 102 Tiểu kết chƣơng 3........................................................................................... KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ................................................................. TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ PHỤ LỤC.............................................................................................................. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Tổng hợp kết quả đề kiểm tra đầu vào tại lớp TN và ĐC.................. 88 Bảng 3.2. Kiểm chứng để xác định sự tƣơng đƣơng của các nhóm ................. 88 Bảng 3.3. Thống kê điểm kiểm tra các đề số 2 và số 3..................................... 90 Bảng 3.4. Bảng phân loại kết quả kiểm tra đề số 2........................................... 90 Bảng 3.5. Bảng phân loại kết quả kiểm tra đề số 3.......................................... 91 Bảng 3.6. Bảng phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích đề kiểm tra số 2 -lớp 8................................................................................................................. 91 Bảng 3.7. Bảng phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích đề kiểm tra số 3-lớp 8................................................................................................................ 92 Bảng 3.8. Bảng phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích đề kiểm tra số 2-lớp 9................................................................................................................ 92 Bảng 3.9. Bảng phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích đề kiểm tra số 3-lớp 9................................................................................................................ 93 Bảng 3.10. Giá trị của các tham số đặc trƣng.................................................... 98 6 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ Trang Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn đƣờng lũy tích đề kiểm tra số 2-Lớp 8................ 94 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn đƣờng lũy tích đề kiểm tra số 3-Lớp 8................ 94 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn đƣờng lũy tích đề kiểm tra số 2-Lớp 9................ 95 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn đƣờng lũy tích đề kiểm tra số 3-Lớp 9................ 95 Hình 3.5. Biểu đồ tổng hợp phân loại kết quả kiểm tra đề số 2..................... 96 Hình 3.6. Biểu đồ tổng hợp phân loại kết quả kiểm tra đề số 3..................... 96 7 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong dạy học hóa học, một trong những hoạt động chủ yếu để phát triển năng lực nhận thức tƣ duy cho HS là việc giải các bài tập hóa học. Đối với HS cấp THCS thì Hóa học là môn học mới vì đến lớp 8 các em mới bắt đầu tiếp cận với môn học này. Vốn kiến thức của các em còn ít ỏi, việc rèn luyện kĩ năng kĩ xảo về hóa học, nhất là việc giải bài toán hóa học gặp nhiều khó khăn. Hiện nay có nhiều sách tham khảo hóa học cho HS lựa chọn, tuy nhiên số câu hỏi và bài toán hóa học nhiều và đa dạng, các tác giả lại đƣa ra nhiều cách giải khác nhau làm cho học sinh và ngay cả một số giáo viên cũng cảm thấy lúng túng trong việc lựa chọn, phân loại và nhất là trong việc giải các bài toán hóa học. Các giáo viên cũng nhƣ học sinh luôn mong muốn có đƣợc những câu hỏi, bài toán tốt với những cách giải dễ dàng, thuận tiện để nâng cao hiệu quả học tập. Do vậy, việc lựa chọn, phân loại bài toán hóa học, và đặc biệt việc có một phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học là thực sự cần thiết và có ‎nghĩa thực tiễn. Gần đây, trong cuốn sách “Phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học trung học phổ thông” [2], tác giả đã hệ thống hóa và đƣa ra một phƣơng pháp chung để giải các bài toán hóa học. Đó là phƣơng 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 lƣợng thƣờng gặp nhƣ khối lƣợng, thể tích, nồng độ… của chất. Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng dễ dàng thiết lập đƣợc khi học sinh đã viết và cân bằng các phƣơng 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 phƣơng pháp trên là đơn giản, thuận tiện đối với học sinh. Với mong muốn vận dụng phƣơng pháp chung nêu trên để giải các bài toán hóa học ở cấp THCS, chúng tôi đã lựa chọn đề tài “Phân loại và giải các bài toán hóa học lớp 8 và lớp 9 theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học trung học cơ sở”. 2. Lịch sử nghiên cứu. Cho đến nay, đã có nhiều tác giả nghiên cứu tìm hiểu các phƣơng pháp giải các bài toán hóa học, tuy nhiên việc đƣa ra một phƣơng pháp chung để giải các bài 8 toán hóa học ở THCS thì chƣa đƣợc quan tâm . Trong tài liệu “Phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học THPT”, tác giả đã hệ thống và đƣa ra một phƣơng pháp giải các bài toán hóa học đơn giản và dễ sử dụng đối với học sinh. Việc áp dụng phƣơng pháp chung trong việc giải các bài toán hóa học cấp THPT đã đƣợc trình bày ở một số luận văn thạc sĩ sƣ phạm hóa học [4, 22]. Bản luận văn này tiếp tục áp dụng phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán hóa học ở cấp THCS. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài. 3.1. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu cơ sở lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học và phƣơng pháp chung để giải các bài toán hóa học, từ đó áp dụng đối với các bài toán hóa học lớp 8 và lớp 9 nhằm nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học ở THCS. 3.2. Nhiệm vụ của đề tài. - Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lƣợng hiệu quả quá trình dạy và học; nghiên cứu cơ sở lựa chọn và phân loại các bài tập hóa học, ý nghĩa và tác dụng của bài tập hóa học trong việc dạy và học môn hóa học ở trƣờng THCS. - Điều tra thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trƣờng THCS. - Nêu phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học THPT và vận dụng phƣơng pháp chung đó để giải các bài toán hóa học trong chƣơng trình hóa học lớp 8 và lớp 9 giúp nâng cao chất lƣợng dạy và học môn Hóa học ở cấp THCS. - Thực nghiệm sƣ phạm, đánh giá hiệu quả và tính khả thi của đề tài. 4. Phạm vi nghiên cứu. Những bài toán hóa học thuộc chƣơng trình THCS . 5. Khách thể nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu. 5.1. Khách thể nghiên cứu. Quá trình dạy học môn hóa học tiến hành ở 2 trƣờng: - Trƣờng THCS Lê Lợi- Quận Hải An - TP Hải Phòng - Trƣờng THCS Ngọc Hải- Quận Đồ Sơn - TP Hải Phòng 5.2. Đối tượng nghiên cứu. - Các bài toán hóa học trong chƣơng trình hóa học cấp THCS. 9 6. Câu hỏi nghiên cứu. Cơ sở lựa chọn, phân loại các bài tập hóa học là gì? Phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học, THPT là phƣơng pháp nào? Có thể áp dụng phƣơng pháp đó để giải các bài toán hóa học THCS, góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học ở cấp THCS hay không? 7. Giả thuyết nghiên cứu. Lựa chọn, phân loại và sử dụng tốt phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán hóa học lớp 8 và lớp 9 sẽ góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học ở trƣờng THCS. 8. Phƣơng pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc nâng cao chất lƣợng dạy và học môn hóa học THCS ; ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học; cơ sở lựa chọn và phân loại các bài tập hóa học; phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học THPT. - Nghiên cứu thực trạng việc sử dụng các bài toán hóa học ở trƣờng THCS thông qua việc lấy phiếu thăm dò ý kiến của giáo viên và học sinh ở một số trƣờng THCS ở thành phố Hải Phòng. - Thực nghiệm sƣ phạm, dùng phƣơng pháp thống kê để xử lý kết quả thực nghiệm, đánh giá hiệu quả và tính khả thi của đề tài. 9. Đóng góp mới của đề tài. - Đề tài đã tiến hành lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học THCS và giải chúng theo một phƣơng pháp chung. Đây là nguồn tƣ liệu tốt cho giáo viên và học sinh tham khảo, góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học, THCS. 10. Cấu trúc của luận văn. Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài Chương 2: Lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học lớp 8, lớp 9 và giải theo phƣơng pháp chung giải các bài toán hóa học, THPT. Chương 3: Thực nghiệm sƣ phạm 10 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 THCS. 1.1.1. Quá trình dạy học Quá trình dạy học nói chung, quá trình dạy học hóa học nói riêng gồm hai hoạt động cơ bản, gắn bó chặt chẽ và thống nhất với nhau là hoạt động dạy và hoạt động học. Hoạt động dạy là toàn bộ hoạt động của thầy trong quá trình dạy học nhằm truyền thụ các kiến thức cho HS, làm cho HS nắm vững kiến thức và kỹ năng, trên cơ sở đó phát triển năng lực nhận thức tƣ duy hình thành thế giới quan khoa học cho HS. Hoạt động học là toàn bộ hoạt động của HS nhằm tiếp thu các kiến thức dƣới sự tổ chức, điều khiển của thầy nhằm tìm hiểu, khám phá, lĩnh hội kiến thức, để từ đó hình thành quan điểm duy vật biện chứng, đạo đức và nhân cách của HS. Quá trình dạy học bao gồm các thành tố: mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, phƣơng pháp dạy học, phƣơng tiện dạy học và kiểm tra đánh giá, chúng có mối quan hệ tác động qua lại và điều chỉnh lẫn nhau. Muốn nâng cao chất lƣợng dạy học của môn học thì cần thiết phải đổi mới từng thành tố của quá trình dạy học. 1.1.2. Chất lượng dạy học Trong giáo dục, chất lƣợng giáo dục không phải đƣợc biểu hiện qua việc ngƣời học đọc đƣợc bao nhiêu quyển sách, làm đƣợc bao nhiêu bài tập,..mà điều quan trọng nhất là thông qua quá trình giáo dục đó ngƣời học thay đổi đƣợc những gì về mặt nhận thức, về động cơ học tập, thái độ và hành vi học tập. Nhƣ vậy, chất lƣợng giáo dục sẽ đƣợc biểu hiện tập trung nhất ở nhân cách của ngƣời học- ngƣời đƣợc đào tạo, đƣợc giáo dục. Chất lƣợng dạy học là một bộ phận hợp thành quan trọng của chất lƣợng giáo dục. Chất lƣợng dạy học có thể hiểu là chất lƣợng giảng dạy của ngƣời dạy và chất lƣợng học tập của ngƣời học, trong đó chất lƣợng dạy học đƣợc biểu hiện tập trung nhất ở chất lƣợng học tập của ngƣời học. Ngƣời học là ngƣời quyết định chính đến chất lƣợng dạy học. Muốn nâng cao chất lƣợng dạy học thì đồng nghĩa với việc phải nâng cao chất lƣợng học tập của ngƣời học. 11 Lý luận dạy học hiện đại đã chỉ ra rằng: Ngƣời học trong quá trình đào tạo không chỉ là đối tƣợng của hoạt động dạy mà còn là chủ thể của hoạt động lĩnh hội tri thức, kỹ năng, kỹ xảo. Trong các hình thức tổ chức học tập thì việc tự học có một vai trò quan trọng ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng dạy học. Do vậy việc bồi dƣỡng ngƣời học phƣơng pháp luận khoa học, phƣơng pháp nghiên cứu và phƣơng pháp tự học sẽ giúp ngƣời học phát triển những phẩm chất và năng lực hoạt động trí tuệ sáng tạo, chính là dạy phƣơng pháp nhận thức để tìm ra tri thức. 1.1.3. Một số biện pháp đổi mới để nâng cao chất lượng dạy học hóa học ở THCS. Chất lƣợng, hiệu quả của quá trình dạy học hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ nội dung chƣơng trình đào tạo, hệ thống sách giáo khoa, điều kiện cơ sở vật chất phục vụ quá trình dạy và học, đổi mới phƣơng pháp dạy học, kiểm tra đánh giá.v.v.. Trong phạm vi bản luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến tầm quan trọng của bài tập hóa học trong giảng dạy môn hóa học, trong đó tập trung vào việc lựa chọn, phân loại và phƣơng 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 trong quá trình dạy và học môn hóa học THCS. Bài tập hóa học có ý nghĩa, tác dụng to lớn, thể hiện ở các mặt sau: - Làm chính xác hóa các khái niệm, giúp học sinh hiểu sâu sắc các khái niệm đã học. Học sinh có thể học thuộc lòng các khái niệm nhƣng nếu không thông qua việc giải bài tập, học sinh chƣa thể nắm vững đƣợc các khái niệm đã thuộc. - Bài toán hóa học mở rộng sự hiểu biết một cách sinh động, phong phú và không làm nặng nề khối lƣợng kiến thức của HS. - Ôn tập, củng cố các kiến thức cơ bản một cách thƣờng xuyên và hệ thống hóa các kiến thức hóa học một cách thuận lợi nhất. - Thúc đẩy thƣờng xuyên sự rèn luyện kỹ năng kỹ xảo, sử dụng ngôn ngữ hóa học. Việc giải quyết các bài tập hóa học giúp học sinh tự rèn luyện các kỹ năng viết phƣơng trình hóa học, nhớ các ký hiệu hóa học, hóa trị của các nguyên tố, kỹ năng tính toán,...góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS. 12 - Khi giải một bài toán hóa học bắt buộc học sinh phải suy lý, quy nạp, diễn dịch, loại suy, qua đó phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh cho HS. - Thông qua giải bài tập hóa học sẽ rèn luyện cho HS tính kiên nhẫn, trung thực trong lao động học tập, tính sáng tạo khi xử lý các vấn đề đặt ra, qua đó giáo dục tƣ tƣởng, thái độ cho các em. - Liên hệ với thực tiễn đời sống, sản xuất hóa học, qua đó giúp HS thấy đƣợc vai trò quan trọng của hóa học đối với đời sống sản xuất, rèn cho HS tính chính xác của khoa học và nâng cao lòng yêu thích môn học. 1.2.2. Lựa chọn và phân loại bài tập hóa học Hiện nay số lƣợng 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 môn hóa học cần phải lựa chọn những bài tập bám sát nội dung chƣơng trình, mục tiêu của môn học, những bài tập có nội dung phong phú, nặng về bản chất hóa học, không lắt léo đánh đố về mặt toán học. Bên cạnh những bài tập cơ bản cần có những bài tập tổng hợp sâu sắc, phát triển trí thông minh, sáng tạo, khơi dậy niềm say mê hứng thú học tập của HS. Ngoài những bài tập có hƣớng dẫn giải cần phải có các bài tự luyện, giúp HS tự học, phát huy tính chủ động, sáng tạo của HS. Sau khi đã lựa chọn đƣợc các bài tập thì việc phân loại chúng có ý nghĩa quan trọng. Có nhiều cách phân loại bài tập hoá học dựa theo các tiêu chí khác nhau: - Dựa vào khối lƣợng kiến thức hay mức độ đơn giản, phức tạp có thể chia thành: bài tập dạng cơ bản, bài tập tổng hợp. - Dựa vào tính chất của bài tập có thể chia thành: bài tập định tính và bài tập định lƣợng. - Dựa vào hình thái hoạt động của học sinh khi giải bài tập có thể chia thành: bài tập lý thuyết và bài tập thực nghiệm. - Dựa vào kiểu bài hoặc dạng bài có thể chia thành: 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 có thể chia thành: bài tập nồng độ, điện phân, áp suất... - Dựa vào chức năng có thể chia thành: 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 tƣ duy khoa 13 học (phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch...) Trong đề tài này, chúng tôi đƣa ra cách phân loại bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức, tƣ duy của học sinh dựa trên thang bậc của nhận thức. Việc đƣa ra các tiêu chí đánh giá quá trình nhận thức và tƣ duy có nhiều quan điểm:  Đánh giá trình độ phát triển tư duy của học sinh theo Bloom Giáo sƣ Bloom đã đƣa ra sáu mức độ nhận thức theo thứ tự từ đơn giản đến phức tạp: Biết: Đây là cấp độ thấp nhất của kết quả học tập trong quá trình nhận thức, yêu cầu HS nhớ lại những kiến thức đã học một cách máy móc và nhắc lại. Hiểu: Là khả năng nắm bắt đƣợc ý nghĩa của tài liệu, khả năng diễn giải, giải thích hay suy diễn. Vận dụng: là khả năng sử dụng thông tin, chuyển đổi kiến thức từ dạng này sang dạng khác, tức là sử dụng các kiến thức đã học vào một tình huống, hoàn cảnh mới. Phân tích: là khả năng chia nhỏ tài liệu ra thành các hợp phần cấu thành để hiểu rõ hơn cấu trúc của nó. Tổng hợp: là khả năng hợp nhất các thành phần để tạo thành một tổng thể mới. Ở mức độ này HS phải sử dụng những gì đã học để tạo ra một cái gì đó hoàn toàn mới. Đánh giá: là khả năng xác định giá trị của tài liệu: biện minh, phê bình hoặc rút ra kết luận.  Đánh giá trình độ phát triển tư duy của học sinh theo quan điểm của giáo sư Nguyễn Ngọc Quang Việc đánh giá trình độ phát triển tƣ duy của HS thông qua quá trình dạy học môn hóa học bản chất là chúng ta cần đánh giá: Khả năng nắm vững những cơ sở khoa học một cách tự giác, tự lực, tích cực, sáng tạo của HS; trình độ phát triển năng lực nhận thức và năng lực thực hành trên cơ sở nắm vững những cơ sở khoa học. Căn cứ vào chất lƣợng của quá trình lĩnh hội và kết quả của nó, trình độ nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo đƣợc chia thành 4 mức độ: - Trình độ tìm hiểu: Nhận biết, xác định, phân biệt và nhận ra kiến thức cần tìm hiểu. 14 - Trình độ tái hiện: Tái hiện thông báo về đối tƣợng 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 tƣợng và những tình huống quen thuộc ( kiến thức kỹ năng). Nếu đạt đến mức tự động hóa gọi là kiến thức kỹ xảo. - Trình độ biến hóa: Vận dụng kiến thức vào thực tiễn bằng cách chuyển tải chúng vào những đối tƣợng và tình huống quen thuộc nhƣng đã bị biến đổi hoặc chƣa quen biết. Đối chiếu thấy hai quan điểm trên có nhiều điểm tƣơng đồng và phù hợp với Việt Nam, Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam đã chỉ đạo dạy học bám sát chuẩn kiến thức, kỹ năng theo các cấp độ: Nhận biết, Thông hiểu và Vận dụng (vận dụng ở mức cơ bản) và Vận dụng sáng tạo ( vận dụng ở mức nâng cao). - Nhận biết : Đây là mức độ, yêu cầu thấp nhất của trình độ nhận thức, thể hiện ở chỗ HS chỉ cần nhớ hoặc nhận ra khi đƣợc đƣa ra hoặc dựa trên những thông tin có tính đặc thù của một khái niệm, một sự vật, một hiện tƣợng. - Thông hiểu : Là khả năng nắm đƣợc, hiểu đƣợc ý nghĩa của các khái niệm, sự vật, hiện tƣợng ; giải thích, chứng minh đƣợc ý nghĩa của các khái niệm, sự vật, hiện tƣợng ; là mức độ cao hơn nhận biết nhƣng là mức độ thấp nhất của việc thấu hiểu sự vật, hiện tƣợng. - Vận dụng : Là khả năng sử dụng các kiến thức đã học vào một hoàn cảnh cụ thể mới: HS phải biết vận dụng kiến thức, biết sử dụng phƣơng pháp, nguyên lí hay ý tƣởng 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 đƣợc các quy tắc, phƣơng 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 tƣ liệu khác để sáng lập một hình mẫu mới. Trong bản luận văn này, chúng tôi sẽ lựa chọn các bài toán hóa học THCS theo các tiêu chí đã đề ra và phân loại các bài toán hóa học đã lựa chọn theo các mức độ nhận thức, Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam đã chỉ đạo . 15 1.2.3. Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường THCS Để tìm hiểu thực tế quá trình dạy và học ở trƣờng THCS, chúng tôi đã tiến hành khảo sát giáo viên và học sinh ở các trƣờng THCS trên địa bàn Quận Hải An và Quận Đồ Sơn dƣới hình thức phát phiếu tham khảo ý kiến của GV (Phụ lục 2) và phiếu thăm dò ý kiến HS (Phụ lục 3). Kết quả khảo sát cho thấy: - Đối với GV: Lấy ý kiến tham khảo của 40 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 đƣợc kiến thức lý thuyết, rèn kỹ năng hóa học, vận dụng kiến thức vào việc giải bài tập, giải thích các hiện tƣợng xảy ra trong đời sống. + GV thƣờng hƣớng dẫn HS giải các bài toán hóa học trong các tiết ôn tập, luyện tập (87,5%), ít sử dụng các bài toán hóa học trong các giờ lên lớp dạy bài mới (25%). + 97,5% GV sử dụng nguồn bài tập từ các tài liệu có sẵn nhƣ sách giáo khoa, sách bài tập, các tài liệu tham khảo khác và 80% GV sử dụng các bài tập đã có sẵn lời giải hoặc hƣớng dẫn giải. + Phần lớn GV không theo một phƣơng pháp chung nào mà theo những phƣơng pháp giải khác nhau (95%). - Đối với HS: Khảo sát 160 HS. Phần lớn các em (80%) không thích giải các bài toán hóa học vì cho rằng bài toán hóa học khó, nhiều dạng bài tập, nhiều cách giải khác nhau, các em ít đƣợc luyện tập rèn kỹ năng làm bài. Trên lớp thầy cô không hƣớng dẫn giải các bài toán hóa học theo một phƣơng pháp chung nào mà mỗi dạng bài có cách 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 phƣơng pháp chung là một yêu cầu cần thiết đối với GV và HS trong quá trình dạy và học môn Hóa học ở THCS. 1.3. Phƣơng pháp chung giải bài toán hóa học THPT Để giải các bài toán hóa học, trƣớc hết cần phân tích nội dung của bài toán và biểu thị nội dung đó bằng các PTHH. Khi đã viết và cân bằng đƣợc các PTHH, dễ dàng thiết lập đƣợc mối quan hệ giữa số mol của các chất đã tham gia hay hình thành 16 sau phản ứng, nhờ đó tính đƣợc số mol của “ các chất cần tính toán” khi biết số mol của “các chất có số liệu cho trƣớc”. Tuy nhiên, trong bài toán hóa học các số liệu cho trƣớc thƣờng không phải là số mol của các chất mà là khối lƣợng, thể tích, nồng độ,... của các chất và mục đích của bài toán hóa học cũng không phải là xác định số mol “ các chất cần tính toán ” mà là xác định khối lƣợng, thể tích, nồng độ,… của các chất đó. Nhƣ vậy, để giải các bài toán hóa học, 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, v.v… của chất ra số mol và ngược lại. 1.3.1. Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học Để chuyển đổi các đại lƣợng nhƣ khối lƣợng, thể tích, nồng độ của chất ra số mol chất, ta sử dụng 4 công thức chính: STT Công thức 1 m=n.M 2 Vo = n. 22,4 CM  3 Số mol chất m n M n n ct V Vo 22, 4 n ct  V.CM 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 Trong đó, các công thức 1, 2, 3, 4 biểu thị: + Quan hệ giữa khối lƣợng (m), khối lƣợng mol (M), số mol (n) của chất. + Quan hệ giữa thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (Vo) với số mol khí (n). + Quan hệ giữa nồng độ mol (C M), số mol chất tan (nct), thể tích dung dịch (V). + Quan hệ giữa nồng độ phần trăm (C%), khối lƣợng chất tan (mct) và khối lƣợng 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. 17 Áp dụng các công thức trên cho trƣờng hợp hỗn hợp các chất, ví dụ hỗn hợp 2 chất có khối lƣợng là m1, m2, khối lƣợng mol là M1, M2, số mol là n1, n2 ta có: M hh  mhh n1.M1  n 2 .M 2  n hh n1  n 2 1.3.2. Quan hệ giữa số mol các chất phản ứng Ví dụ 1: Xét phản ứng: aA + bB  cC + dD Gọi số mol các chất A, B, C, D đã tham gia hay hình thành sau phản ứng lần lƣợt là nA , nB , nC , nD . Ta có hệ thức: nA nB nC nD    a b c d Dựa vào hệ thức này ta có thể xác định đƣợc số mol của một chất bất kì khi biết số mol của các chất khác đã tham gia hay hình thành sau phản ứng: a a a n A  .n B  .n C  .n D b c d ; nD  d d d nA  nB  nC a b c v.v... Ví dụ 2: Xét một dãy biến hóa sau: 2A + 5B  C + 3D (1) 3C + E  2G + 4H (2) 2H + 3I  5K + 3M (3) Giả thiết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Hãy thiết lập quan hệ giữa số mol của các chất bất kì đã tham gia phản ứng, thí dụ giữa nK và nA ? 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) và (1) ta có: 5 4 1 nK  nH ; nH  nA ; nC  nA 2 3 2 5 4 1 5  nK  . . nA  nA 2 3 2 3 Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 2 kim loại Mg và Al vào dung dịch H2SO4 loãng, vừa đủ thu đƣợc một chất khí và dung dịch A. Thêm dung dịch NaOH vào dung dịch A tới dƣ đƣợc kết tủa B. Thiết lập quan hệ giữa khối lƣợng hỗn hợp, số mol chất khí và khối lƣợng kết tủa với số mol các kim loại trong hỗn hợp đầu. 18 Giải Các PTHH xảy ra: Mg + H2SO4  MgSO4 + H2 (1) 2Al + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 (2) MgSO4 + 2NaOH  Mg(OH)2 + Na2SO4 (3) Al2(SO4)3 + 6NaOH  2Al(OH)3 + 3Na2SO4 (4) Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O (5) Chất khí sinh ra là H2 , kết tủa B là Mg(OH)2 . Đặt số mol của Mg, Al trong hỗn hợp đầu lần lƣợt là x, y. Ta có: mhh = 24x + 27y 3 Theo (1) và (2): n H2  x  y 2 Theo (1) và (3): n Mg(OH)2 = x (a) (b) (c) Các phƣơng trình (a), (b) và (c) biểu thị các quan hệ cần tìm. Qua các ví dụ trên, nhận thấy khi đã viết và cân bằng đƣợc các PTHH thì dễ dàng thiết lập đƣợc quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng. Dựa vào các quan hệ này và các công thức đã nêu ở phần 1.3.1 có thể giải quyết đƣợc các bài toán hóa học. Điều này sẽ đƣợc chứng tỏ một cách rõ ràng chi tiết ở phần 1.3.3 tiếp theo. 1.3.3. Phương pháp chung giải bài toán hóa học THPT Từ các ví dụ ở phần 1.3.2, nhận thấy các bài toán hóa học có thể chia thành hai loại: - Các bài toán liên quan đến phản ứng của một chất qua một giai đoạn hay một dãy biến hóa (ví dụ 1, ví dụ 2) - Các bài toán liên quan đến phản ứng của một hỗn hợp chất (ví dụ 3) Các bài toán liên quan đến phản ứng của một hỗn hợp chất đƣợc gọi là các bài toán hỗn hợp, còn các bài toán liên quan đến một chất đƣợc gọi là các bài toán “không hỗn hợp”.  Loại bài toán “không hỗn hợp” Phƣơng 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” và dựa vào các công thức để giải. Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 2,8 g sắt trong axit Clohidric . Tính thể tích khí hidro thu đƣợc ở đktc? 19 Giải: Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 Theo công thức (2): VH2 = 22,4 . n H2 Số mol của “chất cần tính toán” ( n H ) có thể tính dựa vào số mol của “chất có số liệu 2 2,8 = 0,05 mol  VH = 0,05 . 22,4 = 1,12 lít 56 cho trƣớc” (nFe): n H = n Fe = 2 2 Ví dụ 2: Hòa tan 4,05 g Al bằng một lƣợng vừa đủ dung dịch HCl thu đƣợc khí A. Dẫn toàn bộ khí A qua bột CuO nung nóng, dƣ thì thu đƣợc m g Cu. Tính m? Giải: 2Al + 6HCl   2AlCl3 + 3H2 t H2 + CuO   Cu + H2O o (1) (2) mCu = 64.nCu 3 3 4,05 Ở đây, theo (1) và (2): n Cu = .n Al  .  0, 225mol 2 2 27  mCu = 64.0,225= 14,4 g  Loại bài toán hỗn hợp Phƣơng pháp giải loại bài toàn này là: Đặt ẩn số, lập hệ phƣơng trình và giải hệ phƣơng trình để tìm ra các yêu cầu bài toán. - Ẩn số thường đặt là số mol của các chất trong hỗn hợp. - Các phương trình được thiết lập bằng cách biểu thị mối quan hệ giữa các số liệu cho trong bài ( sau khi đã quy đổi ra số mol chất, nếu có thể được) với các ẩn số. - Giải các phương trình để xác định các ẩn số, rồi từ đó suy ra các yêu cầu khác nhau của bài toán. Ví dụ 3: Hòa tan hết 20 g hỗn hợp CuO và Fe2O3 cần 200 ml dung dịch HCl 3,5M . Tính khối lƣợng của mỗi oxit trong hỗn hợp đầu. Giải: CuO + 2HCl  CuCl2 + H2O Fe2O3 + 6HCl  2FeCl3 + 3H2O (1) (2) Đặt số mol CuO và Fe2O3 trong 20 g hỗn hợp lần lƣợt là x và y, ta có: mhh = 80x + 160y = 20 (a) nHCl = 3,5. 0,2 = 0,7 = 2x + 6y (b) Giải (a) và (b) thu đƣợc: x = 0,05 ; y = 0,1 20