Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Hữu Tài NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Hữu Tài NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành : Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Hoá học Mã số : 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRỊNH VĂN BIỀU Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 LỜI CẢM ƠN Đề tài này được hoàn thành là kết quả của sự nỗ lực của bản thân, với sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô, cùng sự giúp đỡ của bạn bè, các em học sinh. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học công nghệ - Sau đại học, Khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Tp.Hồ Chí Minh, quý thầy cô giảng dạy lớp Cao học Lý luận và phương pháp dạy học hóa học khóa 23. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, chân thành đến PGS. TS Trịnh Văn Biều, người hướng dẫn đề tài đã dành nhiều thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình xây dựng đề cương và hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn quý thầy cô và các em học sinh trường THPT Ngô Thời Nhiệm, trường THPT Thạnh Lộc Tp. Hồ Chí Minh; trường THPT Vĩnh Kim tỉnh Tiền Giang và trường THPT Ngô Thời Nhiệm tỉnh Bình Dương đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực nghiệm. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành luận văn này. Nguyễn Hữu Tài MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI................................. 4 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu ........................................................................................... 4 1.2. Bài toán hóa học ........................................................................................................... 5 1.2.1. Khái niệm bài toán hóa học .......................................................................... 5 1.2.2. Ý nghĩa, tác dụng của bài toán hóa học ........................................................ 5 1.2.3. Quá trình giải bài toán hóa học ..................................................................... 6 1.2.4. Vận dụng phương pháp grap và algorit vào bài toán hóa học ...................... 8 1.2.5. Xu hướng của bài toán hóa học hiện nay .................................................... 11 1.3. Tổng quan về bài toán hóa học lớp 12 ..................................................................... 12 1.3.1. Đặc điểm ..................................................................................................... 12 1.3.2. Các dạng toán thường gặp .......................................................................... 13 1.3.3. Một số phương pháp giải toán hóa học thông dụng ................................... 13 1.4. Năng lực giải bài toán hóa học của học sinh ........................................................... 24 1.4.1. Khái niệm về năng lực ............................................................................... 24 1.4.2. Mối quan hệ giữa năng lực với kiến thức, kĩ năng .................................... 25 1.4.3. Năng lực giải bài toán hóa học của học sinh ............................................. 25 1.4.4. Con đường hình thành năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh ............. 26 1.5. Thực trạng về năng lực giải bài toán hóa học của học sinh lớp 12 THPT ............... 28 1.5.1. Mục đích điều tra ........................................................................................ 28 1.5.2. Phương pháp điều tra .................................................................................. 28 1.5.3. Kết quả điều tra ........................................................................................... 28 TÓM TẮT CHƯƠNG 1 .............................................................................................. 32 Chương 2. MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC CHO HỌC SINH LỚP 12 THPT .......................... 33 2.1. Những định hướng khi xây dựng các biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 ............................................................... 33 2.1.1. Cần chú ý đến các nguyên tắc và quy luật chung của việc dạy học ............... 33 2.1.2. Cần chú ý đến nhiệm vụ và đặc điểm của dạy học hóa học ....................... 33 2.1.3. Cần chú ý đến đặc điểm tâm sinh lý và năng lực của học sinh .................. 34 2.1.4. Cần chú ý đến các đặc điểm của việc giải bài toán hóa học ....................... 35 2.1.5. Cần chú ý đến cấu trúc của năng lực giải bài toán hóa học ........................ 35 2.2. Một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 THPT ....................................................................................................... 36 2.2.1. Giúp học sinh nắm vững các khái niệm, định luật cơ bản của hóa học, tính chất lý, hóa học của các chất.............................................. 36 2.2.2. Giúp học sinh xây dựng các công thức tính toán liên quan đến các chất tham gia ở những phản ứng hóa học quan trọng ....................... 38 2.2.3. Giúp học sinh nắm vững phương pháp giải các dạng toán hóa học thường gặp ở lớp 12 .......................................................................... 43 2.2.4. Rèn luyện kĩ năng sử dụng ngôn ngữ hóa học ........................................ 64 2.2.5. Rèn luyện kĩ năng lập phương trình hóa học ........................................... 73 2.2.6. Rèn luyện kĩ năng phân tích và tóm tắt đề .............................................. 77 2.2.7. Rèn luyện kĩ năng xây dựng tiến trình luận giải bằng sơ đồ ngược ........ 80 2.2.8. Rèn luyện kĩ năng tính toán ..................................................................... 83 2.2.9. Rèn luyện kĩ năng giải nhanh bài toán trắc nghiệm hóa học ................... 84 2.2.10. Rèn luyện kĩ năng tư duy hóa học ......................................................... 101 2.2.11. Rèn luyện kĩ năng phát hiện và giải quyết vấn đề ................................. 107 2.2.12. Rèn luyện kĩ năng vận dụng linh hoạt và sáng tạo các kiến thức đã học ..................................................................................................... 108 2.3. Thiết kế một số giáo án có sử dụng các biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp12 THPT .................................................. 110 2.3.1. Giáo án bài “Phân tích bài giải bằng sơ đồ ngược” ................................. 110 2.3.2. Giáo án bài “Phương pháp giải các dạng toán quan trọng của kim loại” ........ 116 2.3.3. Giáo án bài “Kĩ thuật giải nhanh bài toán trắc nghiệm hóa học” ............ 116 2.3.4. Giáo án bài “Thiết lập công thức tổng quát của các hợp chất hữu cơ” ............................................................................................................ 116 2.3.5. Giáo án bài “Phương pháp giải bài toán đốt cháy các hợp chất hữu cơ” ..... 116 TÓM TẮT CHƯƠNG 2 ............................................................................................ 116 Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................................ 118 3.1. Mục đích thực nghiệm ............................................................................................. 118 3.2. Đối tượng thực nghiệm ............................................................................................ 118 3.3. Tiến hành thực nghiệm ............................................................................................ 119 3.4. Kết quả thực nghiệm ................................................................................................ 121 3.4.1. Kết quả về mặt định lượng........................................................................ 121 3.4.2. Kết quả về mặt định tính ........................................................................... 140 TÓM TẮT CHƯƠNG 3 ............................................................................................ 143 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 148 PHỤ LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTE : bảo toàn electron BTHH : bài toán hóa học BTKL : bảo toàn khối lượng BTNT : bảo toàn nguyên tố CTPT : công thức phân tử ĐC : đối chứng ĐHSP : Đại học Sư phạm e : electron HS : học sinh HCM : Hồ Chí Minh GV : giáo viên NLGBTHH : năng lực giải bài toán hóa học Nxb : nhà xuất bản PGS : phó giáo sư PPDH : phương pháp dạy học PT : phương trình PTHH : phương trình hóa học PTPƯ : phương trình phản ứng THPT : trung học phổ thông TN : thực nghiệm Tp : thành phố TS : tiến sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Ý kiến của GV về việc rèn luyện NLGBTHH ........................................... 28 Bảng 1.2. Ý kiến của GV về những kiến thức và kĩ năng cần có để giải BTHH ....... 29 Bảng 1.3. Ý kiến của GV về các biện pháp nâng cao năng lực giải BTHH .............. 30 Bảng 2.1. Các thuật ngữ hóa học thường gặp trong các BTHH lớp 12 ..................... 65 Bảng 2.2. Danh pháp của một số hợp chất hữu cơ và vô cơ lớp 12 ........................... 68 Bảng 2.3. Các công thức tính nồng độ ....................................................................... 83 Bảng 2.4. Các công thức tính số mol ......................................................................... 83 Bảng 2.5. Các công thức tính nhanh thường dùng trong các BTHH lớp 12 .............. 87 Bảng 2.6. Giải bài toán bằng cách sử dụng biểu bảng ............................................... 92 Bảng 3.1. Danh sách các lớp thực nghiệm và đối chứng ......................................... 118 Bảng 3.2. Phân phối tần số bài kiểm tra 1 ................................................................ 121 Bảng 3.3. Phân phối tần suất bài kiểm tra 1 ............................................................. 122 Bảng 3.4. Phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 1 ................................................ 122 Bảng 3.5. Phân loại kết quả bài kiểm tra 1 ............................................................... 123 Bảng 3.6. Tổng hợp các tham số đặc trưng của bài kiểm tra 1 ................................ 123 Bảng 3.7. Phân phối tần số bài kiểm tra 2 ................................................................ 127 Bảng 3.8. Phân phối tần suất bài kiểm tra 2 ............................................................. 128 Bảng 3.9. Phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 2 ................................................ 128 Bảng 3.10. Phân loại kết quả bài kiểm tra 2 ............................................................... 129 Bảng 3.11. Tổng hợp các tham số đặc trưng của bài kiểm tra 2 ................................ 129 Bảng 3.12. Phân phối tần số bài kiểm tra 3 ................................................................ 133 Bảng 3.13. Phân phối tần suất bài kiểm tra 3 ............................................................. 134 Bảng 3.14. Phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 3 ................................................ 134 Bảng 3.15. Phân loại kết quả bài kiểm tra 3 ............................................................... 135 Bảng 3.16. Tổng hợp các tham số đặc trưng của bài kiểm tra 3 ................................ 135 Bảng 3.17. Bảng thống kê t và tα của các lớp TN và ĐC qua các bài kiểm tra .......... 140 Bảng 3.18. Ý kiến về mức độ thành thạo các kĩ năng giải BTHH của HS ................ 141 Bảng 3.19. Ý kiến về mức độ thành thạo năng lực giải BTHH của HS..................... 141 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ mối liên quan giữa các bước giải ....................................................... 9 Hình 1.2. Grap giải bài toán tìm công thức cấu tạo của este ..................................... 10 Hình 2.1. Grap giải bài toán tìm CTPT este dựa vào phản ứng đốt cháy .................. 45 Hình 2.2. Grap giải bài toán tính lượng este dựa vào phản ứng xà phòng hóa ......... 48 Hình 2.3. Grap giải bài toán về cacbohidrat .............................................................. 50 Hình 2.4. Grap giải bài toán tìm công thức amino axit ............................................. 52 Hình 2.5. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với phi kim ...................................... 54 Hình 2.6. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với axit ............................................ 58 Hình 2.7. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối ......................... 61 Hình 2.8. Grap giải bài toán kim loại tác dụng với nước và dung dịch kiềm ............ 64 Hình 2.9. Giải bài toán bằng hình vẽ ......................................................................... 90 Hình 2.10. Giải bài toán bằng sơ đồ ............................................................................ 91 Hình 2.11. Giải bài toán bằng đồ thị ............................................................................ 93 Hình 3.1. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 124 Hình 3.2. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 124 Hình 3.3. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 124 Hình 3.4. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 125 Hình 3.5. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 1 lớp 12A1 và 12A2 ......................... 125 Hình 3.6. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 125 Hình 3.7. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 126 Hình 3.8. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 126 Hình 3.9. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 126 Hình 3.10. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 1 lớp 12A2 và 12A1 ......................... 127 Hình 3.11. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 130 Hình 3.12. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 130 Hình 3.13. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 130 Hình 3.14. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 131 Hình 3.15. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A1 ......................... 131 Hình 3.16. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A1 và 12A3 ............................... 131 Hình 3.17. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A4 ............................... 132 Hình 3.18. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A8 và 12A9 ............................... 132 Hình 3.19. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A6 và 12A9 ............................... 132 Hình 3.20. Biểu đồ phân loại bài kiểm tra 2 lớp 12A2 và 12A1 ............................... 133 Hình 3.21. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 136 Hình 3.22. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 136 Hình 3.23. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 136 Hình 3.24. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 137 Hình 3.25. Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 3 lớp 12A1 và 12A2 ......................... 137 Hình 3.26. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A1 và 12A3 ......................... 137 Hình 3.27. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A2 và 12A4 ......................... 138 Hình 3.28. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A8 và 12A9 ......................... 138 Hình 3.29. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A6 và 12A9 ......................... 138 Hình 3.30. Biểu đồ phân loại HS bài kiểm tra 3 lớp 12A2 và 12A1 ......................... 139 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hóa học có nhiều yếu tố để trở thành một môn học hấp dẫn học sinh. Thứ nhất: Hóa học có bề dày lịch sử với rất nhiều câu chuyện lý thú. Thứ hai: Hóa học gắn liền với cuộc sống. Có thể nói Hóa học có mặt trong từng hơi thở, trong từng hoạt động của con người. Thứ ba: Phương pháp và phương tiện dạy học bộ môn Hóa học ngày càng hiện đại phù hợp với thời đại công nghệ thông tin bùng nổ. Thứ tư: Sự tâm huyết của các thầy cô giáo. Tất cả các yếu tố trên có thể giúp những giờ dạy học hóa học trở nên sinh động, lôi cuốn. Tuy nhiên trong thực tế có rất nhiều học sinh sợ môn Hóa học, mà một trong những nguyên nhân đó là bài toán hóa học đa dạng và phức tạp. Nếu học sinh không được trang bị kiến thức đẩy đủ, không được rèn luyện các kĩ năng một cách bài bản, có thể sẽ không giải quyết được các bài toán hóa học. Năng lực giải bài toán hóa học cũng là một trong những mục tiêu giáo dục phổ thông với môn Hóa học sau năm 2015. Chính vì những lí do đó đã thôi thúc tôi chọn đề tài “Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu và thử nghiệm một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học nhằm nâng cao chất lượng dạy và học môn Hóa học lớp 12 trung học phổ thông. 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các biện pháp nhằm nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 THPT. - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học hóa học ở trường trung học phổ thông. 4. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài. - Tìm hiểu thực trạng về năng lực giải bài toán hóa học của học sinh lớp 12 ở một số trường trung học phổ thông. 2 - Nghiên cứu các dạng toán hóa học của chương trình lớp 12 trung học phổ thông và phương pháp giải các dạng toán đó. - Tìm hiểu các kĩ năng giải bài toán hóa học. - Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông. - Thiết kế một số giáo án để rèn luyện năng lực giải bài toán hóa học cho học sinh lớp 12 trung học phổ thông. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá hiệu quả của việc sử dụng các biện pháp đã đề xuất. 5. Phạm vi nghiên cứu - Về nội dung: Bài toán hóa học trong chương trình lớp 12. - Về địa bàn: Thành phố Hồ Chí Minh, tỉnh Tiền Giang và tỉnh Bình Dương. - Về thời gian: Từ tháng 12/2013 đến tháng 8/2014. 6. Giả thuyết khoa học Nếu có những biện pháp phù hợp, năng lực giải bài toán hóa học của học sinh lớp 12 sẽ được nâng cao, góp phần nâng cao kết quả dạy học bộ môn Hóa học ở trường trung học phổ thông. 7. Phương pháp nghiên cứu * Các phương pháp nghiên cứu lí luận - Đọc và nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài. - Sử dụng phối hợp các phương pháp phân tích, tổng hợp, phân loại, hệ thống hóa. * Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Quan sát, trò chuyện, phỏng vấn. - Điều tra bằng phiếu hỏi. - Phương pháp chuyên gia. - Thực nghiệm. * Các phương pháp toán học - Xử lí kết quả thực nghiệm bằng phương pháp thống kê toán học. - Sử dụng các phần mềm tin học. 3 8. Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu - Phát hiện những khó khăn học sinh gặp