Rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh thông qua bài tập Hóa học hữu cơ Lớp 11

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2014, Vol. 59, No. 2, pp. 83-90 This paper is available online at RÈN LUYỆN TƯ DUY KHÁI QUÁT HÓA CHO HỌC SINH THÔNG QUA BÀI TẬP HÓA HỌC HỮU CƠ LỚP 11 Nguyễn Trí Ngẫn Trường Trung học phổ thông Long Thành, Đồng Nai Tóm tắt. Thông qua bài báo này chúng tôi hi vọng sẽ góp phần đổi mới phương pháp dạy học, hình thành cho học sinh tư duy khái quát hóa, giúp học sinh tự tìm ra các quy luật trong hóa học, tạo hứng thú và tích cực hơn trong quá trình học tập cũng như giải bài tập hóa học. Chúng tôi hướng dẫn học sinh tự tìm tòi các quy luật để xây dựng bài toán khái quát và các bài toán mở rộng. Từ đó học sinh tự rút ra quy luật về mối liên hệ giữa các yếu tố trong các bài toán hóa học và điều quan trọng là học sinh sẽ có tư duy tốt, giải bài tập chính xác và nhanh chóng hơn. Từ khóa: Tư duy, khái quát hóa, bài tập hóa học, hóa hữu cơ, lớp 11. 1. Mở đầu Bài tập hóa học là một phương pháp dạy học có hiệu quả, nhất là trong việc rèn kĩ năng vận dụng kiến thức, đào sâu, mở rộng kiến thức một cách sinh động và phong phú. Bài tập hóa học (BTHH) còn được coi là phương tiện cơ bản để dạy học và vận dụng kiến thức hóa học trong việc giải quyết các vấn đề phức hợp trong học tập và thực tiễn đời sống sản xuất. BTHH không chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức mà còn là con đường giành lấy kiến thức và mang lại hứng thú học tập cho học sinh. Việc giải BTHH còn có tác dụng rèn luyện tư duy. Bài tập hóa học rèn luyện được nhiều loại tư duy cho học sinh, trong đó có tư duy khái quát hóa (KQH). Bài báo này góp phần rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh thông qua bài tập hóa học hữu cơ lớp 11. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Tư duy khái quát hóa Tư duy khái quát hóa (KQH) được nghiên cứu dưới nhiều góc độ khác nhau. Dưới góc độ triết học, KQH được coi là một phần hay một mặt trong bản chất của cái riêng lẻ được tách ra để nhận thức mối quan hệ khách quan ngày càng sâu sắc của thế giới. Ngày nhận bài: 07/11/2013. Ngày nhận đăng: 17/02/2014. Liên hệ: Nguyễn Trí Ngẫn, e-mail: metalebook@gmail.com 83 Nguyễn Trí Ngẫn Dưới góc độ tâm lí học, tư duy KQH là việc hợp nhất trong ý nghĩ những sự vật và hiện tượng của hiện thực khách quan trên cơ sở những thuộc tính chung nào đó, hoặc tư duy KQH được xem là một thao tác tư duy phức tạp, là khả năng KQH của tư duy - quá trình bao quát nhiều đối tượng khác nhau thành một loại, một nhóm trên cơ sở một số dấu hiệu hoặc thuộc tính giống nhau sau khi đã gạt bỏ các dấu hiệu khác nhau riêng lẻ. 2.2. Các mức độ tư duy khái quát hóa của học sinh Trên cơ sở so sánh các đối tượng cùng loại có đặc điểm bên ngoài khác nhau, bằng cách trừu xuất và khái quát các đặc điểm đặc trưng cho tất cả các đối tượng, học sinh học được cách KQH. Theo L.X. Vưgotxki, quá trình hình thành tư duy khái quát hóa diễn ra theo các mức độ sau: - Khái quát hóa đơn giản: Là sự hình thành những tập hợp hình thức, liên kết các đối tượng trên cơ sở một đặc điểm ngẫu nhiên nào đó. Các đối tượng trong tập hợp này không có một mối liên hệ khái quát nào cả. - Khái quát hóa phức hợp: Là sự hình thành các khái niệm trên cơ sở liên kết một số dấu hiệu khách quan giống nhau. Chẳng hạn, liên kết theo dấu hiệu cảm tính, trực tiếp, liên kết theo dấu hiệu chức năng, liên kết theo tình huống thực tiễn. . . để hình thành khái niệm đơn giản. - Khái quát hóa khái niệm: Là sự KQH trong đó các đối tượng được phân loại và liên kết theo các dấu hiệu cần thiết để xác định khái niệm. Trên cơ sở các tài liệu thực nghiệm, V.A. Cruteski đã nêu ra bốn mức độ khái quát hóa như sau: - Mức 1: Học sinh không thể KQH tài liệu theo các dấu hiệu bản chất, thậm chỉ có sự giúp đỡ của giáo viên sau khi luyện tập các bài tập trung gian cùng loại. - Mức 2: Học sinh có thể KQH tài liệu theo các dấu hiệu bản chất trong một điều kiện có chỉ dẫn của giáo viên nhưng vẫn mắc một số sai lầm. - Mức 3: Học sinh độc lập KQH tài liệu theo các dấu hiệu bản chất nhưng sau một số bài luyện tập còn mắc một số sai lầm nhỏ. KQH đúng đắn xuất hiện trong một số trường hợp có gợi ý chút ít hoặc có các câu hỏi dẫn dắt. - Mức 4: Học sinh độc lập KQH tài liệu đúng đắn và tại chỗ mà không cần có sự luyện tập giải các bài tập cùng loại. 2.3. Nguyên tắc sử dụng bài tập rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh - Quán triệt mục tiêu, nội dung của bài, của chương, của phần: Mục tiêu và nội dung không chỉ cung cấp cho HS kiến thức mà còn rèn luyện cho HS kĩ năng, phát triển tư duy và biết vận dụng kiến thức. Do đó, trong quá trình rèn luyện tư duy KQH, GV phải luôn bám sát và thực hiện đúng mục tiêu, không xa rời nội dung chính, tránh gây quá tải cho HS trong quá trình lĩnh hội kiến thức. 84 Rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh thông qua bài tập Hóa học hữu cơ lớp 11 - Đảm bảo tính chính xác, chặt chẽ, phù hợp: Khi ra bài tập, hướng dẫn HS giải quyết vấn đề KQH thì phải luôn đảm bảo tính chính xác về kiến thức nội dung bài học, tránh làm rườm rà, phức tạp hóa các bài toán. Việc sử dụng các bài tập rèn luyện tư duy KQH cho HS phải phù hợp cả về trình độ nhận thức của HS, cả về thời gian và logic chung của chương trình, không gò bó, gượng ép. - Đảm bảo mức độ từ dễ đến khó: Trong quá trình rèn luyện tư duy KQH cho HS, tùy vào trình độ và năng lực nhận thức cụ thể của HS để GV nâng dần yêu cầu các mức độ KQH từ dễ đến khó, không nên nóng vội dễ làm cho HS chán nản khi không thực hiện được các yêu cầu mà GV đặt ra. 2.4. Bài tập hóa học rèn luyện tư duy khái quát hóa 2.4.1. Khái quát hóa các quan hệ hóa học Các quan hệ trong hóa học có rất nhiều, bởi vì quan hệ cũng là đối tượng nghiên cứu của hóa học. Có thể kể ra các quan hệ thường gặp như: Quan hệ giữa các chất; quan hệ giữa cấu tạo và tính chất; sự ảnh hưởng qua lại giữa các yếu tố trong phân tử hợp chất hữu cơ,. . . Chúng ta sẽ xét một số mối quan hệ qua các ví dụ sau: - Quan hệ giữa cấu tạo và tính chất: Một nguyên tắc quan trọng trong dạy học hóa học khi nghiên cứu tính chất của các chất là cấu tạo quyết định tính chất. Những đặc điểm khác nhau trong cấu tạo tất yếu sẽ gây nên sự khác nhau trong tính chất của chúng. Trong phân tử hợp chất hữu cơ có những nhóm nguyên tử gây ra những phản ứng đặc trưng được gọi là các nhóm chức. Trong chương trình hóa học phổ thông, chúng ta thường gặp một số loại nhóm chức như: halogen, anol, ete, anđehit, xeton, este,... Dựa vào sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử hợp chất hữu cơ, chúng ta xác định được các tính chất đặc trưng của chúng. Ví dụ 1. Sắp xếp các hợp chất sau đây theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi: (1)ROH, (2)R CH3, (3)R CH2 COOH, (4)R COOH, (5)R CHO (với R là gốc hiđrocacbon). Phân tích: Các hợp chất hữu cơ ở trên có phần gốc R giống nhau, như vậy chỉ có thể căn cứ vào nhóm chức để xét nhiệt độ sôi của chúng. Giữa các phân tử ancol và axit cacboxylic tạo được liên kết hiđro nên chúng có nhiệt độ sôi khá cao so với các hiđrocacbon có cùng số nguyên tử C. Tuy nhiên, liên kết hiđro ở axit cacboxylic bền hơn ở trường hợp của ancol nên chúng có nhiệt độ sôi cao hơn. Giữa các phân tử anđehit không tạo được liên kết hiđro nên nhiệt độ sôi của chúng nhỏ hơn các ancol có cùng số C. Nhưng do sự phân cực của phân tử nên chúng lại có nhiệt độ sôi cao hơn hiđrocacbon tương ứng. Các hợp chất cùng dãy đồng đẳng thì hợp chất nào có phân tử khối lớn hơn sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn. 85 Nguyễn Trí Ngẫn Dựa trên cơ sở đó ta sắp xếp các chất theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi như sau: (2) < (5) < (1) < (4) < (3) - Ảnh hưởng qua lại giữa các yếu tố trong phân tử hợp chất hữu cơ: Các nhóm nguyên tử trong phân tử hợp chất hữu cơ không chỉ gây ra các tính chất đặc trưng của chúng mà còn ảnh hưởng đến tính chất của các nhóm khác. Sự ảnh hưởng này thể hiện mối quan hệ qua lại giữa các yếu tố trong phân tử. Tùy thuộc vào đặc điểm cấu tạo của các nhóm nguyên tử mà sự có mặt của chúng có thể làm tăng, hoặc giảm khả năng phản ứng của các nhóm khác. Ví dụ 2. So sánh khả năng tham gia phản ứng thế halogen (hoặc nitro) ở vòng benzen của các hợp chất thơm có công thức dạng: C6H5X (với X là H hoặc một nhóm thế nào đó). Phân tích: Phản ứng thế halogen (hoặc nitro) xảy ra theo cơ chế thế electrophin vào nhân thơm. Do đó, khả năng phản ứng của các chất phụ thuộc vào mật độ electron trên vòng benzen. Khi nhóm nguyên tử X là nhóm đẩy electron (như gốc ankyl, OH,NH2,OR, ...) sẽ làm tăng mật độ electron trên vòng benzen, do đó làm tăng khả năng phản ứng. Ngược lại, các nhóm X là nhóm hút electron (như NO2,CHO,COOH, ...) sẽ làm giảm khả năng phản ứng. Ví dụ 3. So sánh lực axit của các hợp chất sau: C6H5OH,C2H5OH,ClCH2COOH,CH3COOH Phân tích: Nhóm hiđroxyl (OH) gắn với các nhóm hút electron càng mạnh thì liên kết O H càng phân cực, nguyên tử H càng linh động và lực axit càng mạnh. Ở trường hợp phenol, vòng benzen hút electron mạnh hơn gốc hiđrocacbon của ancol nên lực axit của phenol mạnh hơn ancol. Nhóm cacbonyl C = O của axit cacboxylic hút electron mạnh hơn vòng benzen nên các axit cacboxylic có lực axit mạnh hơn phenol. Nếu trên gốc R của axit có các nhóm hút electron như halogen, OH,NO2. . . thì lực axit càng mạnh. Trên cơ sở đó, chúng ta sắp xếp chiều tăng dần lực axit của các chất như sau: C2H5OH < C6H5OH < CH3COOH < ClCH2COOH 2.4.2. Dùng hình thức khái quát để giải quyết vấn đề Dùng hình thức khái quát để giải quyết vấn đề, mà cụ thể hơn là giải các bài toán, là quá trình vận dụng những kết quả đã khái quát, những kiến thức chung vào để giải quyết các bài toán. Bởi vì KQH và cụ thể hóa là hai mặt đối lập của một quá trình tư duy thống nhất. Việc giải bài toán hóa học có thể theo quy trình: trước hết phân tích các thành phần của bài toán, khái quát nhanh những đặc điểm, liên tưởng nhanh bài toán giống với bài nào, nhận dạng bài toán. Từ đó mở ra hướng suy nghĩ, tìm cách giải quyết. Trên cơ sở khái quát những đặc điểm thể hiện trong các điều kiện của đề bài, xuất phát từ góc độ chung để tìm cách giải, cách làm này chính là dùng hình thức khái quát để giải quyết vấn đề. Khi dùng hình thức này, ta nhận thấy quan hệ logic trong phân tích rất 86 Rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh thông qua bài tập Hóa học hữu cơ lớp 11 rõ ràng, quá trình giải gọn, súc tích, học sinh hiểu sâu bản chất bài toán. Khi vận dụng quy tắc, công thức để giải, trước hết biểu diễn công thức, suy luận tiếp, rồi mới tính toán cụ thể. Ví dụ 4. (Xác định CTPT của hợp chất hữu cơ) Đốt cháy hoàn toànm gam hợp chất hữu cơ X thu được mCO2 gam CO2, mH2O gam H2O. Hãy xác định CTPT của X. Phân tích: Sản phẩm khi đốt cháy X có CO2 và H2O nên X chứa C,H và có thể có O. Đặt công thức phân tử của X là CxHyOz. Có thể giải bài toán này theo một trong các cách sau đây: + Cách 1: Từ công thức đơn giản suy ra CTPT. Ta có: nC = nCO2 = mCO2 44 ; nH = 2nH2O = mH2O 9 nO = mO 16 = m (12nC + nH) 16 = m (3mCO2 11 + mH2O 9 ) 16 ) x : y : z = nC : nH : nO = mCO2 44 : mH2O 9 : m (3mCO2 11 + mH2O 9 ) 16 = p : q : r (với p, q, r là các số nguyên đơn giản nhất) ) CTĐGCpHqOr ) CTPT : (CpHqOr)n Giá trị của n là: n = M 12p + q + 16r + Cách 2: Tính trực tiếp từ sản phẩm cháy Phương trình hóa học của phản ứng là: CxHyOz + (x + y 4 z 2 )O2 t0! xCO2 + y 2 H2O M 44x 9y m mCO2 mH2O Ta có: M m = 44x mCO2 = 9y mH2O ) x = M.mCO2 44.m ; y = M.mH2O 9m Mà: M = 12x + y + 16z) z = M (12x + y) 16 = M 16 (1 3mCO2 11m mH2O 9m ) Từ cách giải dạng khái quát ở trên ta có thể áp dụng cho trường hợp cụ thể như sau: Ví dụ 5. Đốt cháy hoàn toàn 11,6 gam một hợp chất hữu cơ X thu được 26,4 gam CO2 và 10,8 gam H2O. Biết tỉ khối hơi của X so với H2 bằng 29. Xác định CTPT của X. 87 Nguyễn Trí Ngẫn Giải. Đặt CTPT của X là CxHyOz; M = 29.2 = 58 Áp dụng kết quả của bài toán khái quát ta có: x = M.mCO2 44.m = 58.26, 4 44.11, 6 = 3 y = M.mH2O 9m = 58.10, 8 9.11, 6 = 6 z = M (12x + y) 16 = 58 (12.3 + 6) 16 = 1 Vậy, CTPT của X là: C3H6O. Ví dụ 6. Đốt cháy hoàn toànm gam một ancol X no, đơn chức, mạch hở rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng thêm 30,6 gam đồng thời trong bình xuất hiện 88,65 gam kết tủa trắng. Tínhm và tìm công thức của ancol X. Giải: Vì dung dịch Ba(OH)2 lấy dư nên phản ứng chỉ tạo ra muối trung hòa BaCO3. Phương trình hóa học của phản ứng là: CO2 + Ba(OH)2 ! BaCO3 # +H2O Theo phản ứng ta có: nCO2 = nBaCO3 = 88, 65 197 = 0, 45 mol ) mCO2 = 0, 45.44 = 19, 8 gam Khối lượng bình đựng dung dịch Ba(OH)2 tăng thêm chính là tổng khối lượng của CO2 và H2O bị hấp thụ. Vậy: mH2O = 30, 6 19, 8 = 10, 8 gam Từ đó ta có: m = mH2O mCO2 11 = 10, 8 19, 8 11 = 9, 0 gam Vì X là ancol no, đơn chức, mạch hở nên: nancol = nH2O nCO2 = 0, 15 mol Vậy: Mancol = m n = 9, 0 0, 15 = 60) X là C3H7OH. 2.5. Cách sử dụng bài tập hóa học rèn luyện tư duy khái quát hóa 2.5.1. Sử dụng bài tập trong xây dựng kiến thức mới, hình thành kĩ năng mới Trong một bài lên lớp GV nên chuẩn bị một hệ thống các bài tập theo các mức độ nhận thức và tư duy của HS để hình thành kiến thức, kĩ năng và phát triển kiến thức cho HS. Vậy hệ thống các bài tập đó được áp dụng như thế nào? 88 Rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh thông qua bài tập Hóa học hữu cơ lớp 11 Thông thường trong một bài học GV cần chuẩn bị các câu hỏi ở các dạng sau ứng với các giai đoạn dạy học: - Giai đoạn một: Câu hỏi vấn đáp gồm các bài tập lí thuyết hoặc thực hành ở mức độ biết, hiểu và vận dụng các kiến thức cũ. - Giai đoạn hai: Giải quyết các vấn đề thuộc bài mới bằng các bài tập ở mức độ biết và hiểu. - Giai đoạn ba: Tổng kết, tìm ra các mối liên hệ, logic kiến thức. Thông thường sử dụng các bài tập vận dụng và vận dụng sáng tạo. 2.5.2. Sử dụng bài tập trong việc vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng Luyện tập là phương pháp chủ yếu để củng cố kiến thức, luyện kĩ năng và phát triển trí lực của HS. Cơ sở tâm lí của luyện tập là sự hình thành các mối liên hệ để đảm bảo chủ yếu đưa tài liệu mới vào hệ thống các mối liên hệ cũ. Hình thức này phát huy tính hệ thống hóa, khả năng phân tích, tổng hợp đgể giải quyết những vấn đề có tính chất tổng quát ở HS. Giải các bài toán là hình thức đặc biệt của luyện tập đối với hóa học. Khi luyện tập cần tuân thủ theo một trình tự sư phạm nhất định, đó là cơ sở hình thành phương pháp học. Trình tự này do quy luật của quá trình dạy học quy định. Cần bắt đầu từ việc ghi nhớ tài liệu mới: Mở đầu của tiết luyện tập thông thường GV hướng dẫn HS tái hiện và ghi nhớ những kiến thức cần nắm. Việc nhắc lại không phải diễn ra dưới hình thức học thuộc những bài ghi hay sách giáo khoa để rồi HS trả lời những câu hỏi của GV như một cái máy. Làm sao để phát huy tính tích cực, tư duy của HS mặc dù đó là những kiến thức đã học, làm sao để HS rút ra được cách học cho bản thân qua việc tái hiện kiến thức? Điều này phụ thuộc rất lớn vào cách dạy của GV, có thể tổ chức dưới nhiều hình thức dạy học khác nhau, nhưng cốt lõi GV phải hướng dẫn HS tái hiện lại các kiến thức đó dựa trên mối liên hệ chặt chẽ, logic, khái quát và bằng suy luận. Cách tái hiện như vậy mới mang lại hiệu quả cho HS, bồi dưỡng cách học của các em: học không phải là học gạo, học vẹt mà học trên lập luận; học trên sự hiểu mới phát triển tư duy, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề; không những vậy kiến thức còn được ghi nhớ lâu dài và bền vững. 2.5.3. Sử dụng bài tập vào việc kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh Kiểm tra, đánh giá là một khâu rất quan trọng của quá trình dạy học. Việc kiểm tra, đánh giá có thể áp dụng trong mọi khâu của quá trình dạy học, với nhiều hình thức khác nhau như: Kiểm tra miệng, kiểm tra vấn đáp, kiểm tra viết, trắc nghiệm,. . . hoặc phối hợp các hình thức kiểm tra với nhau. Tùy vào mục đích kiểm tra và đối tượng HS ta có thể sử dụng các dạng bài tập ở các mức độ nhận thức khác nhau. GV có thể sử dụng các bài kiểm tra để đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS về các mặt như: độ bền, độ sâu, tính linh hoạt, chất lượng các khía cạnh khác nhau của kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, thực hành hóa học. Qua kết quả kiểm tra, GV chỉ ra cho HS biết các thiếu sót, lỗ hỏng trong kiến thức đồng thời có kế hoạch bổ sung trong quá trình dạy học. 89 Nguyễn Trí Ngẫn 3. Kết luận Tư duy khái quát hóa là loại tư duy rất quan trọng trong dạy học. Thông qua các sự kiện riêng lẻ cần biết khái quát hóa để rút ra tính quy luật của sự vật, hiện tượng. Chúng tôi xây dựng và sử dụng hệ thống các bài tập hóa hữu cơ lớp 11 nhằm bồi dưỡng tư duy khái quát hóa cho học sinh và bước đầu đã đạt được một số thành công đáng kể trong dạy học hóa học. Chúng tôi hi vọng bài báo này được phổ biến rộng rãi để giáo viên có nguồn tư liệu để tham khảo và sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học và góp phần đổi mới phương pháp dạy học phù hợp với yêu cầu đổi mới của xã hội. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Ân, Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập rèn luyện tư duy khái quát hóa cho học sinh trong dạy học phần dẫn xuất hiđrocacbon lớp 11 ban khoa học tự nhiên trường Trung học phổ thông. Luận văn thạc sĩ giáo dục học, Đại học Sư phạm Huế. [2] Nguyễn Cương, 2007. Phương pháp dạy học Hoá học ở trường phổ thông và đại học. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [3] Lê Văn Dũng, 2001. Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh THPT thông qua BTHH. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học Trường ĐHSP Hà Nội. [4] V.V. Đavưđop, 2000. Các dạng khái quát hóa trong dạy học. Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. [5] Nguyễn Hữu Đĩnh, 2008. Dạy và học Hóa học theo hướng đổi mới. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [6] Nguyễn Đình Độ, 2010. Các công thức giải nhanh trắc nghiệm Hóa học. Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. [7] M.N. Sacđacop, 1970. Tư duy của học sinh. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [8] Trần Quốc Sơn, 2000. Cơ sở lí thuyết hóa học hữu cơ, (tập 1, 2, 3). Nxb Đại học Sư phạm, Hà Nội. ABSTRACT Teaching students how to think in general terms through the use of 11th grade organic chemistry exercises With this paper we hope to encourage innovative teaching methods that will teach students how to generalize their thinking to help them discover laws in chemistry by themselves, creating a sense of excitement and positivity in the learning process. We guide students in the way to explore the rules in the construction of generalized problems and expanded problems. Students can then determine rules that apply to the relationships between elements in chemistry problems. It is important that students be able to think well and do homework accurately and quickly. 90