Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp sư phạm "Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập hỗ trợ học sinh tự học phần hóa vô cơ lớp 11 chương trình cơ bản" được sinh viên Trương Thị Loan (lớp 14SHH, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Ngô Minh Đức. Đề tài được giao ngày 22/07/2017 và hoàn thành ngày 20/04/2018.

Lý do chọn đề tài xuất phát từ vị trí của bài tập hóa học (BTHH) trong việc đánh giá mức độ lĩnh hội kiến thức và rèn luyện năng lực tự lực của học sinh (HS). Trong thực tiễn dạy học môn Hóa học tại các trường Trung học phổ thông (THPT), thời lượng dành cho các tiết học trên lớp còn hạn chế, thời gian ôn tập, hệ thống hóa lý thuyết và luyện giải bài tập chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu tiếp thu của mọi đối tượng học sinh. Do đó, hoạt động tự học ở nhà giữ vai trò quyết định đến chất lượng nắm bắt tri thức. Bên cạnh đó, trước yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực và bối cảnh bùng nổ thông tin, việc trang bị năng lực tự học (NLTH) suốt đời cho học sinh trở nên cấp thiết. Mặc dù đã có các công trình nghiên cứu về BTHH cho học sinh khá giỏi hoặc tài liệu tự học theo môđun, việc xây dựng và sử dụng một hệ thống bài tập (HTBT) phân hóa, có hướng dẫn chi tiết nhằm hỗ trợ học sinh tự học phần Hóa vô cơ lớp 11 cơ bản vẫn chưa được khai thác sâu.

Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng HTBT hỗ trợ học sinh tự học phần Hóa vô cơ lớp 11 (chương trình cơ bản), đồng thời đề xuất biện pháp sử dụng nhằm nâng cao chất lượng dạy học hóa học ở trường THPT.

Tác giả xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận và điều tra thực trạng việc dạy học hóa học cũng như tình hình sử dụng bài tập để hỗ trợ học sinh tự học.
  2. Xây dựng cơ sở khoa học cho việc xây dựng HTBT gồm: nguyên tắc xây dựng, quy trình xây dựng và phương pháp xây dựng bài tập hỗ trợ học sinh tự học.
  3. Tuyển chọn và biên soạn bài tập mới để xây dựng HTBT phần Hóa học vô cơ lớp 11 chương trình cơ bản có tác dụng hỗ trợ học sinh tự học.
  4. Nghiên cứu các biện pháp sử dụng HTBT hóa học có tác dụng hỗ trợ học sinh tự học trong dạy học hóa học ở trường THPT.
  • Đối tượng nghiên cứu: Việc xây dựng và sử dụng HTBT hỗ trợ học sinh tự học phần Hóa vô cơ lớp 11 (chương trình cơ bản) trường THPT.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Về nội dung: Chương trình Hóa học vô cơ lớp 11 cơ bản, gồm 3 chương: Chương 1 (Sự điện li), Chương 2 (Nitơ – Photpho), Chương 3 (Cacbon – Silic).
    • Về thời gian: Thực hiện từ ngày 01/09/2017 đến ngày 20/04/2018.
  • Giả thuyết khoa học: Nếu giáo viên lựa chọn, xây dựng được HTBT đa dạng, bao quát kiến thức cơ bản ở các mức độ nhận thức khác nhau và sử dụng hợp lý, phù hợp với từng đối tượng học sinh thì sẽ phát huy tính tự học chủ động, phát triển tư duy, rèn luyện kỹ năng giải BTHH và nâng cao chất lượng dạy học hóa học ở trường THPT.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng nghiên cứu dựa trên các văn bản quy phạm, quan điểm giáo dục học, tâm lý học và lý luận dạy học bộ môn Hóa học:

  • Cơ sở pháp lý và định hướng đổi mới giáo dục: Nghị quyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng lần thứ 4 (khóa VII) về áp dụng phương pháp giáo dục hiện đại, bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo; Điều 24.2 Luật Giáo dục quy định phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, bồi dưỡng phương pháp tự học và rèn luyện kỹ năng vận dụng thực tiễn.
  • Tư tưởng về tự học: Tư tưởng giáo dục tiến bộ của John Dewey ("Học sinh là mặt trời, xung quanh nó quy tụ mọi phương tiện giáo dục"), quan điểm đặt trách nhiệm học tập vào tay học sinh của Makiguchi (Nhật Bản, thập niên 30 của thế kỷ XX), mô hình 5 bước học hỏi của Klas Mellander, công trình của Adam Khoo (2008); quan điểm của Chủ tịch Hồ Chí Minh ("Về cách học phải lấy tự học làm cốt") và luận điểm tự học của GS. Nguyễn Cảnh Toàn.
  • Khái niệm và cấu trúc năng lực tự học: Tiếp cận khái niệm tự học theo Từ điển Giáo dục học (2001), GS. Nguyễn Cảnh Toàn, nhà tâm lý học N. ARubakin; khái niệm năng lực của Trần Trọng Thủy – Nguyễn Quang Uẩn (1998) và F. E. Weinert (2001). Tác giả xác định 5 năng lực tự học cơ bản cần bồi dưỡng cho học sinh:
STT Năng lực tự học thành phần Nội dung biểu hiện chính
1 Năng lực nhận biết, tìm tòi và phát hiện vấn đề Phân tích, tổng hợp, so sánh hiện tượng; phát hiện mâu thuẫn, nghịch lý và các điểm chưa hoàn chỉnh cần giải quyết.
2 Năng lực giải quyết vấn đề Nêu giả thuyết, lập kế hoạch, thu thập và xử lý thông tin, đề xuất giải pháp.
3 Năng lực xác định những kết luận đúng Khẳng định/bác bỏ giả thuyết dựa trên logic, hình thành kết quả và đề xuất vấn đề mới.
4 Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn Sử dụng tri thức giải quyết vấn đề thực tế, làm sáng tỏ lý thuyết, rèn luyện kỹ năng lập luận.
5 Năng lực đánh giá và tự đánh giá Tự kiểm tra sản phẩm nhận thức cá nhân, điều chỉnh sai sót, đánh giá đồng đẳng.
  • Mô hình chu trình dạy – tự học: Mô hình tương tác 3 thành tố (Thầy – Trò – Tri thức) với 3 pha tương ứng:
Pha hoạt động Hoạt động của học sinh (Chu trình tự học) Hoạt động của giáo viên (Chu trình dạy)
Pha 1 Tự nghiên cứu: Tìm tòi, quan sát, phát hiện vấn đề, tạo ra sản phẩm thô cá nhân. Hướng dẫn: Định hướng tình huống học tập, nhiệm vụ cần thực hiện.
Pha 2 Tự thể hiện: Trình bày, bảo vệ quan điểm cá nhân qua hợp tác, trao đổi nhóm/lớp. Tổ chức: Điều hành thảo luận, tranh luận trò – trò, trò – thầy.
Pha 3 Tự kiểm tra, tự điều chỉnh: Đối chiếu kết luận khoa học, sửa sai sản phẩm ban đầu. Trọng tài, cố vấn, kết luận: Đánh giá, chuẩn hóa tri thức khoa học.
  • Lý luận về bài tập hóa học: Tiếp cận quan niệm của Hoàng Phê, GS. Nguyễn Ngọc Quang; xác định 8 tác dụng giáo dục – phát triển của BTHH; 4 giai đoạn giải bài tập (Tìm điều kiện -> Lập chương trình giải -> Thực hiện chương trình giải -> Kiểm tra, đánh giá); các nguyên tắc xây dựng HTBT (đảm bảo mục tiêu môn học, tính khoa học, tính hệ thống, tính sư phạm vừa sức 3 đối tượng, tính kỹ thuật tổng hợp, củng cố tri thức và tối ưu hóa điều kiện tự học).
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế: Nghiên cứu lý luận giáo dục học, tâm lý học, lý luận dạy học hóa học; phân tích chương trình và chuẩn kiến thức – kỹ năng môn Hóa học THPT; phân tích, tổng hợp tài liệu chuyên ngành và các công trình nghiên cứu đi trước.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về tự học, năng lực tự học và bài tập hóa học

Chương 1 tổng quan lịch sử nghiên cứu về tự học trên thế giới và Việt Nam, điểm qua các công trình nghiên cứu liên quan đến xây dựng HTBT hóa học (luận án, luận văn của Đặng Thị Thanh Bình, Lê Văn Dũng, Đỗ Mai Luận, Lê Như Nguyện, Vũ Anh Tuấn) và hỗ trợ tự học (Trần Thị Thanh Hà, Nguyễn Ngọc Nguyên, Nguyễn Thanh Thủy). Tác giả phân tích 7 xu hướng đổi mới phương pháp dạy học, nhấn mạnh 2 trọng tâm của môn Hóa học: đặt người học vào vị trí chủ thể nhận thức và tăng cường thí nghiệm thực hành.

Chương này làm rõ 3 hình thức tự học: (1) Tự nghiên cứu độc lập không có sách và giáo viên; (2) Tự học có sách nhưng không có giáo viên trực tiếp (hoặc giáo viên hướng dẫn từ xa); (3) Tự học có sách, có giáo viên giáp mặt trên lớp kết hợp tự học ở nhà. Tác giả đề xuất các biện pháp sư phạm nhằm phát triển NLTH: tạo hứng thú môn học, hướng dẫn lập kế hoạch học tập, rèn luyện kỹ năng đọc sách/tài liệu, hướng dẫn kỹ năng nghe giảng – ghi chép, hướng dẫn phương pháp học bài theo tư duy logic và giao nhiệm vụ cụ thể ở nhà. Đồng thời, chương 1 phân tích các phương pháp đánh giá NLTH (quan sát, hồ sơ học tập, tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng, kiểm tra trắc nghiệm/tự luận) và chỉ rõ xu hướng phát triển BTHH hiện nay: giảm bớt tính toán thuật toán phức tạp, tăng cường nội dung gắn với thực tiễn, thực hành thí nghiệm và đẩy mạnh trắc nghiệm khách quan.

Chương 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập hỗ trợ học sinh tự học phần hóa vô cơ lớp 11 cơ bản

Chương 2 là phần trọng tâm của khóa luận, phân tích tổng quan cấu trúc, mục tiêu kiến thức, kỹ năng, thái độ của 3 chương Hóa học vô cơ lớp 11 cơ bản:

  • Chương 1: Sự điện li (6 bài): Cung cấp thuyết điện li, axit – bazơ – muối theo thuyết Arrhenius và Brønsted, tích số ion của nước, pH, phản ứng trao đổi ion.
  • Chương 2: Nitơ – Photpho (6 bài): Cấu tạo, tính chất, điều chế của $N_2$, $NH_3$, muối amoni, $HNO_3$, muối nitrat, $H_3PO_4$, muối photphat và phân bón hóa học.
  • Chương 3: Cacbon – Silic (4 bài): Cấu tạo, tính chất của $C$, $CO$, $CO_2$, muối cacbonat, $Si$, $SiO_2$, axit silixic và công nghiệp silicat.

Tác giả đề xuất phương pháp dạy học đặc thù cho từng chương (dạy học nhóm, phương pháp thực nghiệm, phương pháp nêu vấn đề, kết hợp trực quan và đàm thoại) và xây dựng HTBT tự học chi tiết, phân thành hai khối lớn:

1. Hệ thống bài tập lý thuyết trắc nghiệm có đáp án và hướng dẫn giải chi tiết

Bao quát toàn bộ các khái niệm: chất điện li mạnh/yếu, độ điện li $\alpha$, cân bằng điện li theo nguyên lý Le Chatelier, thuyết axit – bazơ của Brønsted ($H_2O$ đóng vai trò axit/bazơ, ion lưỡng tính, ion cho/nhận proton), môi trường dung dịch muối và sự chuyển màu chỉ thị (quỳ tím, phenolphtalein), điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch (tạo kết tủa, chất khí hoặc chất điện li yếu), viết và chuyển đổi phương trình ion rút gọn.

2. Phân dạng bài tập toán và phương pháp giải mẫu

Tác giả xây dựng phương pháp giải cụ thể, sơ đồ thuật toán và các ví dụ có lời giải chi tiết theo các dạng toán trọng tâm của chương Sự điện li:

Nhóm bài toán Dạng bài tập cụ thể Cơ sở lý thuyết & Phương pháp giải đặc trưng
I. Pha trộn, cô cạn, pha loãng dung dịch Dạng 1: Pha trộn 2 dung dịch cùng chất tan hoặc pha thêm nước Sử dụng sơ đồ đường chéo cho nồng độ phần trăm ($C%$), nồng độ mol ($C_M$) hoặc khối lượng riêng ($d$). Công thức: $\frac{m_1}{m_2} = \frac{
Dạng 2: Hòa tan khí ($HCl, NH_3$), oxit ($SO_3, P_2O_5$), oleum ($H_2SO_4.nSO_3$), tinh thể ngậm nước ($CuSO_4.5H_2O$) vào nước/dung dịch Quy đổi tinh thể ngậm nước, oxit hoặc khí về dung dịch có $C%$ tương đương (khí khan $C=100%$, tinh thể muối tính theo $% m_{\text{chất tan}}$, oleum tính theo lượng $H_2SO_4$ sinh ra sau phản ứng thủy phân), sau đó áp dụng sơ đồ đường chéo.
Dạng 3: Tính toán đại lượng khi cô cạn hoặc pha loãng Dựa vào nguyên tắc khối lượng hoặc số mol chất tan không đổi trước và sau khi pha loãng/cô cạn: $m_1 \cdot C_1 = m_2 \cdot C_2$ hoặc $V_1 \cdot C_{M1} = V_2 \cdot C_{M2}$.
II. Phản ứng axit – bazơ Tính $pH$, nồng độ mol, thể tích dung dịch axit/bazơ hoặc tỉ lệ trộn Sử dụng phương trình ion rút gọn: $H^+ + OH^- \rightleftharpoons H_2O$. Nếu có kết tủa: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$. Áp dụng công thức giải nhanh dạng đường chéo khi axit hoặc bazơ dư:
- Axit dư: $\frac{V_A}{V_B} = \frac{[OH^-]{bđ} + [H^+]{dư}}{[H^+]{bđ} - [H^+]{dư}}$
- Bazơ dư: $\frac{V_A}{V_B} = \frac{[OH^-]{bđ} - [OH^-]{dư}}{[H^+]{bđ} + [OH^-]{dư}}$.
III. Phản ứng trao đổi ion Dạng 1: Sử dụng Định luật bảo toàn điện tích Áp dụng nguyên lý trung hòa điện tích trong dung dịch: $\sum n_{\text{cation}} \cdot z_+ = \sum n_{\text{anion}} \cdot z_-$. Khi thay thế ion: $n_{\text{ion ban đầu}} \cdot z_1 = n_{\text{ion thay thế}} \cdot z_2$.
Dạng 2: Sử dụng phương trình ion rút gọn và bảo toàn khối lượng Bản chất là phản ứng giữa các cặp ion tạo kết tủa, khí hoặc chất điện li yếu. Xác định các ion phản ứng hết và ion dư, kết hợp tính tổng khối lượng muối khan bằng tổng khối lượng các ion trong dung dịch: $m_{\text{muối}} = \sum m_{\text{ion}}$.

Kết quả và đóng góp

  • Hệ thống hóa cơ sở khoa học: Khóa luận làm rõ chu trình dạy – tự học 3 pha tương ứng giữa giáo viên và học sinh; xác định cấu trúc 5 năng lực tự học thành phần và đề xuất 7 nguyên tắc biên soạn bài tập tự học.
  • Biên soạn hệ thống bài tập hoàn chỉnh: Xây dựng HTBT phần Hóa vô cơ lớp 11 cơ bản được phân loại theo chương mục, phân dạng chủ đề từ dễ đến khó, có lời giải chi tiết và hướng dẫn phương pháp giải mẫu. Các dạng toán sử dụng các phương pháp hiện đại như sơ đồ đường chéo, định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn khối lượng và phương trình ion thu gọn.
  • Tính phân hóa sư phạm: HTBT được thiết kế đáp ứng yêu cầu của 3 đối tượng học sinh trong một lớp học: hỗ trợ học sinh yếu lấy lại kiến thức căn bản, giúp học sinh trung bình và khá tự luyện tập nâng cao kỹ năng, tạo điều kiện cho học sinh giỏi phát triển tư duy giải quyết vấn đề phức tạp.
  • Định hướng đổi mới phương pháp dạy học: Đề xuất các biện pháp cụ thể giúp giáo viên giao nhiệm vụ tự học ở nhà, kết hợp giữa tự học cá nhân với thảo luận trên lớp, giảm tải áp lực thời gian giảng dạy lý thuyết trên lớp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Phạm vi nghiên cứu của khóa luận mới giới hạn ở phần Hóa học vô cơ lớp 11 (chương trình cơ bản), chưa mở rộng sang phần Hóa học hữu cơ lớp 11 cũng như chương trình Hóa học lớp 10 và 12. Khóa luận tập trung vào việc xây dựng cơ sở lý luận, tuyển chọn, phân dạng và giải mẫu hệ thống bài tập mà chưa thể hiện số liệu thực nghiệm sư phạm kiểm chứng định lượng trên các lớp đối chứng và thực nghiệm tại trường phổ thông.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng xây dựng hệ thống bài tập hỗ trợ tự học cho phần Hóa hữu cơ lớp 11 và toàn bộ chương trình Hóa học THPT; triển khai thực nghiệm sư phạm tại các trường THPT để thu thập số liệu định lượng, đánh giá mức độ phát triển năng lực tự học của học sinh qua các bài kiểm tra và phiếu khảo sát thực tế.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Sư phạm Hóa học: Tham khảo về mặt phương pháp luận dạy học, kỹ thuật phân dạng bài tập hóa học và cách thức thiết kế bài tập định hướng phát triển năng lực tự học.
  • Giáo viên Hóa học THPT: Sử dụng làm ngân hàng câu hỏi, bài tập phân hóa theo trình độ phục vụ giảng dạy, biên soạn phiếu học tập, bài tập về nhà và đề kiểm tra đánh giá phần Hóa vô cơ lớp 11.
  • Học sinh lớp 11: Phần bài tập lý thuyết có giải thích chi tiết và các dạng toán giải mẫu bằng phương pháp đường chéo, bảo toàn điện tích, phương trình ion rút gọn là công cụ hữu ích để tự ôn tập, củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng giải bài tập tại nhà.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận xác định những năng lực tự học cơ bản nào cần bồi dưỡng cho học sinh?

Tác giả xác định 5 năng lực tự học cơ bản cần bồi dưỡng: (1) Năng lực nhận biết, tìm tòi và phát hiện vấn đề; (2) Năng lực giải quyết vấn đề; (3) Năng lực xác định những kết luận đúng từ quá trình giải quyết vấn đề; (4) Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn (hoặc nhận thức kiến thức mới); (5) Năng lực đánh giá và tự đánh giá.

2. Chu trình dạy – tự học trong khóa luận được mô tả gồm những pha nào?

Chu trình gồm 3 pha tương tác cộng hưởng giữa hoạt động dạy của thầy và tự học của trò:

  • Pha 1: Thầy hướng dẫn tình huống – Trò tự nghiên cứu tạo ra sản phẩm thô cá nhân.
  • Pha 2: Thầy tổ chức thảo luận, tranh luận – Trò tự thể hiện, hợp tác biến sản phẩm cá nhân thành sản phẩm xã hội của tập thể.
  • Pha 3: Thầy đóng vai trò trọng tài, cố vấn, kết luận khoa học – Trò tự kiểm tra, tự điều chỉnh hoàn thiện tri thức.

3. Phương pháp đường chéo được khóa luận áp dụng để giải quyết những dạng toán nào?

Phương pháp đường chéo được áp dụng cho hai nhóm bài toán chính:

  • Nhóm pha trộn dung dịch: pha trộn hai dung dịch cùng chất tan có nồng độ phần trăm ($C%$), nồng độ mol ($C_M$) hoặc khối lượng riêng ($d$) khác nhau; pha loãng dung dịch bằng nước; hòa tan tinh thể ngậm nước, oxit, oleum hoặc chất khí vào dung dịch.
  • Nhóm phản ứng axit – bazơ: tính tỉ lệ thể tích giữa dung dịch hỗn hợp axit và hỗn hợp bazơ khi biết giá trị $pH$ của dung dịch sau phản ứng (trường hợp axit dư hoặc bazơ dư).

4. Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay được tác giả định hướng như thế nào?

Xu hướng phát triển BTHH hiện nay tập trung vào: nội dung ngắn gọn, súc tích, không quá nặng nề về thuật toán toán học phức tạp; chú trọng rèn luyện tư duy hóa học, gắn liền với thực tiễn đời sống và thực nghiệm thí nghiệm; tăng cường sử dụng bài tập trắc nghiệm khách quan thay thế dần các bài tập mang tính chất học thuộc lòng.

5. Hệ thống bài tập trong đề tài được thiết kế phân hóa cho các đối tượng học sinh như thế nào?

HTBT được chia thành các dạng chuyên đề, sắp xếp theo trình tự từ cơ bản đến phức tạp và có các bài tập tương tự. Cấu trúc này cho phép học sinh yếu củng cố lại kiến thức căn bản, học sinh khá và trung bình nắm vững phương pháp giải các dạng toán điển hình, trong khi học sinh giỏi có thể giải quyết các bài toán tổng hợp mức độ cao.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trương Thị Loan đã hoàn thành việc xây dựng cơ sở lý luận về tự học, năng lực tự học và vai trò của bài tập hóa học trong dạy học THPT. Tác giả đã tuyển chọn, biên soạn và phân dạng chi tiết hệ thống bài tập lý thuyết cùng bài tập tính toán phần Hóa học vô cơ lớp 11 cơ bản, tích hợp hướng dẫn giải và phương pháp giải mẫu khoa học. Công trình cung cấp một hệ thống tài liệu sư phạm có tính ứng dụng thực tế, hỗ trợ đắc lực cho hoạt động tự học của học sinh và công tác giảng dạy phân hóa của giáo viên hóa học.