Sử dụng một số bài toán nhận thức phần Hoá hữu cơ Lớp 11 nâng cao trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2013, Vol. 58, No. 8, pp. 94-102 This paper is available online at SỬ DỤNGMỘT SỐ BÀI TOÁN NHẬN THỨC PHẦN HOÁ HỮU CƠ LỚP 11 NÂNG CAO TRONG DẠY HỌC ĐẶT VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Đặng Thị Oanh1, Trần Ngọc Huy2 1Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 2Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam Tóm tắt. Xây dựng và sử dụng bài toán nhận thức (BTNT) trong dạy học hoá học là một giải pháp quan trọng để phát huy tính cực, chủ động, sáng tạo của học sinh là một trong những xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay. Chúng tôi đã nghiên cứu cách sử dụng BTNT trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề để phát triển năng lực học sinh và đã tiến hành thực nghiệm tại trường THPT Phạm Hồng Thái, Hà Nội. Kết quả thu được là tích cực, hoàn thành tốt mục tiêu đề ra góp phần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Hoá học ở trường THPT. Từ khóa: Bài toán nhận thức, hóa hữu cơ lớp 11, dạy học đặt và giải quyết vấn đề. 1. Mở đầu 1.1. Một số vấn đề về lí luận về cách sử dụng BTNT trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề Bản chất của dạy học đặt và giải quyết có vấn đề là giáo viên đặt ra trước HS các vấn đề của khoa học (các bài toán nhận thức) và mở ra cho các em những con đường giải quyết các vấn đề đó; Việc điều kiển quá trình tiếp thu kiến thức của HS ở đây được thực hiện theo hướng tạo ra một hệ thống những tình huống có vấn đề, những điều kiện bảo đảm việc giải quyết những tình huống đó và những chỉ dẫn cụ thể cho HS trong quá trình giải quyết các vấn đề. Dạy học đặt và giải quyết vấn đề có ba đặc trưng: - GV đặt ra trước HS một loạt những bài toán nhận thức có chứa đựng mâu thuẫn giữa cái đã biết và cái chưa biết nhưng chúng được cấu trúc lại một cách sư phạm gọi là bài toán nêu vấn đề - ơrixtic. - Học sinh tiếp nhận mâu thuẫn của BTNT như mâu thuẫn nội tâm của mình và được đặt vào tình huống có vấn đề, tức là trạng thái có nhu cầu bên trong muốn giải quyết bằng được bài toán đó. Ngày nhận bài: 15/12/2012. Ngày nhận đăng: 25/7/2013. Liên hệ: Đặng Thị Oanh, e-mail: oanhdt@hnue.edu.vn 94 Sử dụng một số bài toán nhận thức phần Hoá hữu cơ lớp 11 - Nâng cao... - Trong và bằng cách giải quyết bài toán đó mà HS lĩnh hội được một cách tự giác tích cực cả kiến thức, cả cách giải và do đó có được niềm vui sướng của sự nhận thức sáng tạo. Bài toán nhận thức được coi là hạt nhân của dạy học nêu vấn đề - ơritxtic [3], tuy nhiên BTNT cũng được sử dụng trong các phương pháp dạy học khác như, các phương pháp dạy học trực quan, các phương pháp thực hành thực nghiệm, các phương pháp dùng lời,... khi BTNT được sử dụng trong các phương pháp này thì nó sẽ hoạt hoá các phương pháp đó hay nó sẽ làm cho các phương pháp đó tích cực hơn, hiệu quả hơn [4]. 1.2. Sử dụng BTNT trong dạy học nêu vấn đề a) Sử dụng BTNT theo quy trình b) Ba mức độ của dạy học nêu vấn đề; - GV thực hiện toàn bộ quy trình (tự nêu, tự giải quyết vấn đề) - Thuyết trình ơrixtic; - GV và HS cùng tìm và giải quyết vấn đề - Đàm thoại ơrixtic; - HS tự tìm ra và tự giải quyết vấn đề - nghiên cứu ơrixtic. 1.3. Các bước dạy HS giải quyết vấn đề sử dụng BTNT [4] Bước 1. Làm cho HS hiểu rõ vấn đề (BTNT). Bước 2. Xác định hướng giải quyết, đưa ra các giả thuyết. Bước 3. Kiểm tra sự đúng đắn của các giả thuyết và xác nhận 1 giả thuyết đúng. Bước 4. Kết luận, chỉ ra cái mới. Bước 5. Kiểm tra lại và ứng dụng vào thực tế. 1.4. Các cách sử dụng BTNT trong dạy học - Sử dụng BTNT khi nghiên cứu bài mới. - Sử dụng BTNT trong luyện tập, củng cố và nâng cao kiến thức. - Sử dụng BTNT để tự học ở nhà. * Thí dụ 1. Sử dụng BTNT khi nghiên cứu bài mới. a) Nội dung BTNT về phản ứng halogen hoá ankan. - Quan sát hình 5.4 SGK Hoá học 11 - NC cho biết: CH4 tác dụng với Cl2 thu được những sản phẩm nào? Rút ra khái niệm về phản ứng thế. - Hoàn thành các phản ứng sau và cho biết sản phẩm chính, phụ trong mỗi phản ứng và giải thích? 95 Đặng Thị Oanh, Trần Ngọc Huy CH3 CH2 CH3 + Cl2 as(1:1)! CH3 CH2 CH3 + Br2 t 0 as(1:1)! Rút ra khả năng tham gia phản ứng thế của H ở C bậc khác nhau và khả năng phản ứng của các halogen. b) Các bước dạy HS giải BTNT. Bước 1. Làm cho HS hiểu rõ vấn đề (BTNT) - Ở lớp 9 HS đã biết CH4 +Cl2 chỉ thu được 1 sản phẩm là CH3Cl nhưng khi quan sát hình vẽ 5.4 SGK Hoá học 11 - NC ta lại thấy có 4 sản phẩm thế. Mâu thuẫn xuất hiện. - GV cho HS viết sản phẩm 2 phản ứng sau và ghi rõ số tỉ lệ % các chất sản phẩm. CH3 CH2 CH3 + Cl2 as(1:1)! CH3 CHCl CH3 + CH3 CH2 CH2Cl + HCl (1.1) 2 clopropan(57%) 1 clopropan(43%) CH3 CH2 CH3 + Br2 t 0 as(1:1)! CH3 CHBr CH3 + CH3 CH2 CH2Br + HBr (1.2) 97% 3% Trong phân tử propan có 6 nguyên tử H của C bậc I, có 2 nguyên tử H của C bậc II, tại sao lượng sản phẩm thế vào H của C bậc II lại nhiều hơn (spc)? Tại sao clo thế được cả H ở C bậc I và II còn brom chỉ thế được H ở C bậc II? Mâu thuẫn xuất hiện. Bước 2, 3. Xác định hướng giải quyết, đưa ra các giả thuyết: - Xuất phát từ cấu tạo CH4, có 4 liên kết vậy clo có thể thế lần lượt từng H không? 96 Sử dụng một số bài toán nhận thức phần Hoá hữu cơ lớp 11 - Nâng cao... - Mức độ phản ứng của H ở C bậc khác nhau có khác nhau không? - Mức độ hoạt động hoá học của các halogen (Cl2;Br2) có ảnh hưởng đến tỉ lệ sản phẩm thế như thế nào? Bước 4. Kết luận, chỉ ra cái mới. - Clo đã thế lần lượt từng nguyên tử H trong CH4. - H ở C bậc càng cao thì khả năng bị thế càng dễ dàng: H IIIC > H II C > H I C - Halogen hoạt động hoá học càng yếu thì tính chọn lọc càng cao Br2 > Cl2. Bước 5. Kiểm tra lại và ứng dụng. Từ CH3 CH2 CH3 muốn điều chế CH3 CH(OH)CH3 thì phải theo sơ đồ: CH3 CH2 CH3 Br2 (1:1)! CH3 CHBr CH3 NaOH! CH3 CH(OH) CH3 Thí dụ 2. Sử dụng BTNT dạng định lượng trong luyện tập a) Nội dung BTNT Khi cho 27,6 gam ancol đơn chức bằng CuO, đun nóng thu được m gam hỗn hợp X (còn ancol dư). Lấy m gam hỗn hợp X cho tác dụng với Na dư thu được 8,96 lít khí H2 ở đktc và dung dịch Y. Mặt khác lấy 4m gam hỗn hợp X cho tác dụng với Na2CO3 dư cũng được 8,96 lít khí (đktc) (không tạo ra NaHCO3). Xác định công thức phân tử của ancol. b) Các bước dạy HS giải BTNT Bước 1. Làm cho HS hiểu rõ vấn đề (BTNT) - Ta đã biết khi oxi hoá ancol bằng CuO, t0 thu được anđehit hoặc xeton và nước, có thể còn ancol dư nhyưng các chất này đều không phản ứng được với Na2CO3 giải phóng khí CO2. Nhưng theo giả thiết thì X tác dụng với Na2CO3 giải phóng khí CO2. Vậy X còn chứa chất nào khác. Mâu thuẫn xuất hiện. - Khi xác định được thành phần của X, để tìmMancol ta phải tìm nancol. Muốn tìm nancol ta phải bắt đầu từ đâu? Mâu thuẫn xuất hiện. - Ta có thể rút ra hệ quả hay một công thức chung nào đó để giải bài này nhanh không? Bước 2. Xác định hướng giải quyết - Oxi hoá ancol bằng CuO, t0 thu được anđehit hoặc xeton, nước, ancol dư và có thể có axit cacboxylic. - Ta dựa vào 2 dữ kiện số mol H2 và số mol khí CO2 để thiết lập mối liên hệ với số mol ancol. - Nếu ta thiết lập được mối liên hệ giữa số mol H2 và số mol khí CO2 để thiết lập mối liên hệ với số mol ancol thì đó chính là hệ quả cần xác định. Bước 4. Tiến hành giải - Các quá trình oxi hoá ancol: 97 Đặng Thị Oanh, Trần Ngọc Huy 2RCH2OH CuO; t0! 2RCHO+ H2O x x x 2RCH2OH CuO; t0! 2RCOOH+H2O y y y Vậy hỗn hợp X gồm: RCHO xmol; RCOOH ymol; RCH2OH dư zmol; H2O x+ ymol: Nên tổng số mol RCH2OH x + y + z mol: - Trong đó (RCOOH ymol; RCH2OH dư zmol; H2Ox+y mol) Phản ứng với Na tạo ra: nH2 = x+ y + y + z 2 mol - Với Na2CO3 chỉ có RCOOH phản ứng: 2RCOOH+Na2CO3 ! 2RCOONa + CO2 y y=2mol - Mối liên hệ giữa số mol ancol, H2 và CO2 là: nancol = 2(nH2 nCO2) = 2(0; 4 0; 4 4 ) = 0; 6mol MRCH2OH = 27; 6 0; 6 = 46 ) C2H5OH Bước 5. Kết luận, chỉ ra cái mới và phương pháp giải của dạng dạng bài toán này - Oxi hoá ancol bằng CuO thu được anđehit hoặc ancol và có thể có axit cacboxylic. - Xuất phát từ số molH2 và số mol khí CO2 ta thiết lập mối liên hệ với số mol ancol đó chính là hệ quả cần dùng trong giải toán trắc nghiệm là: nancol = 2(nH2 nCO2): Thí dụ 3: Sử dụng BTNT về liên kết hiđro để củng cố và nâng cao kiến thức trong việc tự học Ancol etylic (C2H5OH) và nước (H2O) đều có liên kết hiđro và MC2H5OH = 46 > MH2O = 18 98 Sử dụng một số bài toán nhận thức phần Hoá hữu cơ lớp 11 - Nâng cao... nhưng nhiệt độ sôi của C2H5OH là 78; 30C thấp hơn của H2O là 1000C? Bước 1. Làm cho HS hiểu rõ vấn đề Nhiệt độ sôi của các chất phụ thuộc vào phân tử khối của các chất và liên kết liên phân tử (đặc biệt là liên kết hiđro), cả C2H5OH và H2O đều có liên kết hiđro mà phân tử khối của MC2H5OH = 46 > MH2O = 18 nhưng tại sao nhiệt độ sôi của C2H5OH < H2O. Mâu thuẫn xuất hiện. Bước 2. Xác định hướng giải quyết, đề xuất các giả thuyết - Độ bền liên kết hiđro giữa các phân tử C2H5OH < giữa các phân tử H2O: - Số liên kết hiđro giữa các phân tử C2H5OH < giữa các phân tử H2O: Bước 3. Xác nhận một giả thuyết đúng - Giữa các phân tử ancol: HO : : : H+ O j j C2H5 C2H5 và giữa các phân tử nước: HO : : : H+ O j j H H Mặc dù điện tích âm trên O của ancol > nước nhưng điện tích dương trên H của nước > ancol nên độ bền liên kết hiđro giữa hai loại liên kết trên không khác nhau nhiều, không thể gây sự chênh lệch nhiệt độ hai chất lớn như vậy. (loại giả thiết này) - Do trong nước chỉ có 2 trung tâm tạo liên kết hiđro là hai nguyên tử H;O trong nhóm OH trong khi đó ở nước có 3 trung tâm tạo liên kết hiđro là 2 nguyên tử H và 1 nguyên tửO nên số liên kết hiđro giữa các phân tử nước nhiều hơn giữa các phân tử ancol, đây chính là nguyên nhân làm cho H2O dù có phân tử khối nhỏ hơn C2H5OH nhưng nhiệt độ sôi vẫn cao hơn. Bước 4. Chỉ ra kiến thức mới - Độ bền liên kết và số lượng liên kết hiđro ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ sôi của các chất. - Do H2O có liên kết H ở 3 trung tâm nên ở trạng thái rắn (nước đá) thì thể tích lớn hơn thể tích lỏng. Bước 5. Kiểm tra lại kiến thức và vận dụng giải ý b). 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm sư phạm Tiến trình thực nghiệm sư phạm: 99 Đặng Thị Oanh, Trần Ngọc Huy - Địa điểm trường THPT Phạm Hồng Thái - Hà Nội; Giáo viên dạy: Phạm Thị Xô. - Chúng tôi đã tiến hành dạy phần hiđrocacbon vào học kì II của năm học 2010 - 2011. Ở lớp đối chứng là 11A5 (46 HS) GV sử dụng giáo án bình thường, lớp thực nghiệm là 11A4 (46 HS) GV thiết kế giáo án có sử dụng BTNT. Cả hai lớp này đều học chương trình Hóa học 11 - nâng cao, đều không phải là lớp chọn, cùng GV dạy. - Chúng tôi tiến hành kiểm tra 2 bài kiểm tra 45 phút (trắc nghiệm và tự luận) ở hai lớp (đề bài kiểm tra như nhau, cùng đáp án và cùng GV chấm) để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng BTNT. - Kết quả thực nghiệm sư phạm được trình bày trong các Bảng 1 và 2 dưới dây: Bảng 1. Phân phối tần số, tần suất và tần suất lũy tích (Lớp 11A4 và 11A5 trường THPT Phạm Hồng Thái - bài số 1) Điểm Số HS đạt điểm Xi % HS đạt điểm Xi % HS đạt điểm Xi trở xuống ĐC TN ĐC TN ĐC TN 0 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00 1 1 0 2,17 0,00 2,17 0,00 2 1 0 2,17 0,00 4,34 0,00 3 2 1 4,35 2,17 8,69 2,17 4 2 3 4,35 6,52 13,04 8,69 5 10 6 21,74 13,04 34,78 21,73 6 9 5 19,57 10,87 54,35 32,60 7 12 10 26,09 21,74 80,44 54,43 8 6 11 13,04 23,91 93,48 78,25 9 2 8 4,35 17,39 97,83 95,65 10 1 2 2,17 4,35 100,00 100,00∑ 46 46 100,00 100,00 Hình 1. Đồ thị đường luỹ tính 100 Sử dụng một số bài toán nhận thức phần Hoá hữu cơ lớp 11 - Nâng cao... Bảng 2. Phân phối tần số, tần suất và tần suất lũy tích (Lớp 11A4 và 11A5 trường THPT Phạm Hồng Thái - bài số 2) Điểm Số HS đạt điểm Xi % HS đạt điểm Xi % HS đạt điểm Xi trở xuống ĐC TN ĐC TN ĐC TN 0 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00 1 1 0 2,17 0,00 2,17 0,00 2 1 1 2,17 2,17 4,34 2,17 3 3 1 6,52 2,17 10,86 4,34 4 5 2 10,87 4,53 21,73 8,69 5 9 4 19,57 8,70 41,3 17,39 6 10 12 21,74 26,09 63,04 43,48 7 6 10 13,04 21,74 76,08 65,22 8 5 7 10,87 15,22 86,95 80,44 9 5 6 10,87 13,04 97,82 93,48 10 1 3 2,17 6,52 100,00 100,00∑ 46 46 100,00 100,00 Hình 2. Đồ thị đường luỹ tích Phân tích kết quả thực nghiệm: - Trên cơ sở kết quả thực nghiệm cho thấy, chất lượng học tập của học sinh các lớp thực nghiệm cao hơn các lớp đối chứng, thể hiện: + Điểm trung bình các bài kiểm tra của lớp TN luôn cao hơn các lớp ĐC. + Tỉ lệ % học sinh đạt điểm yếu kém, trung bình của các lớp ĐC cao hơn lớp TN, còn tỉ lệ % học sinh đạt điểm khá, giỏi của lớp TN luôn cao hơn của các lớp ĐC. + Đồ thị các đường luỹ tích của các lớp TN luôn nằm về bên phải và ở phía dưới đồ thị các đường luỹ tích của các lớp ĐC (Hình 1 và Hình 2), điều đó chứng tỏ chất lượng 101 Đặng Thị Oanh, Trần Ngọc Huy nắm vững kiến thức của học sinh các lớp TN tốt hơn, đồng đều hơn so với các lớp ĐC. - Ngoài kết quả thực nghiệm từ điểm số bài kiểm tra, đánh giá, chúng tôi còn có sự so sánh về tinh thần thái độ học tập, không khí giờ học thì lớp thực nghiệm luôn cho kết quả tích cực hơn lớp đối chứng. - Như vậy, việc sử dụng BTNT trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề giúp HS chủ động tiếp thu kiến thức và phát triển tư duy sáng tạo của HS. 3. Kết luận Trên đây chúng tôi đã tiến hành sử dụng các BTNT trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề để dạy học bài mới, để ôn tập củng cố, để tự học nâng cao kiến thức phần hợp chất hữu cơ trong SGK Hoá học 11 - NC. Chúng tôi tiếp tục nghiên cứu sử dụng các BTNT vào một số PPDH khác để phát huy tính tích cực, chủ động, phát huy năng lực học sinh vào số báo sau. Chúng tôi đã chứng minh rằng, khi xây dựng được hệ thống BTNT đáp ứng tốt những yêu cầu đặt ra và vận dụng nó một cách sáng tạo trong dạy học sẽ mang lại hiệu quả như mục tiêu đề ra, điều đó sẽ tạo ra sự thay đổi về chất trong cách dạy - học Hóa học, góp phần đổi mới phương pháp dạy học ở nước ta hiện nay. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Quang, 1994. Lí luận dạy học Hoá học, tập 1. Nxb Giáo dục. [2] Nguyễn Cương, 2007. Phương pháp dạy học Hoá học ở trường phổ thông và đại học. Nxb Giáo dục. [3] Nguyễn Hữu Đĩnh (nhiều tác giả), 2007. Hoá học 11 - Nâng cao. Nxb Giáo dục Việt Nam. [4] Trần Quốc Sơn, 2008.Giáo trình cơ sở hoá học hữu cơ, tập 1. Nxb Đại học Sư phạm. [5] Prof. Bernd Meier, 2009. Lí luận dạy học hiện đại. Potsdam, Hà Nội. ABSTRACT Using recognition problems (RP) in 11th Grade organic chemistry to teach recognition and solution of problems Designing and using recognition problems (RP) in the teaching of chemistry is a way to encourage greater activity, self-reliance and creativeness. This is an innovative trend in teaching and learning methods today [1]. We’ve used RP to develop students’ ability to recognize and solve problems. This has been tested at Pham Hong Thai High School in Hanoi and the results were very good, meeting the objectives and improving the quality of chemistry teaching in this secondary school. 102