Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh giáo dục thế kỷ XXI chuyển dịch mạnh mẽ từ truyền thụ kiến thức thụ động sang phát triển phẩm chất và năng lực người học, việc đổi mới phương pháp dạy học trở thành nhiệm vụ then chốt. Căn cứ theo tinh thần Nghị quyết 88/2014/QH13 của Quốc hội khóa 13, Luật Giáo dục số 38/2005/QH11 tại Điều 28 và Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011-2020 theo Quyết định 711/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, mục tiêu cốt lõi của nhà trường phổ thông là trang bị hệ thống tri thức khoa học hiện đại, đồng thời rèn luyện năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề và năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh.

Tuy nhiên, khảo sát thực tiễn tại các trường phổ thông cho thấy chất lượng lĩnh hội tri thức hóa học chưa thực sự bền vững. Học sinh thường ghi nhớ máy móc công thức, thiếu kỹ năng suy luận logic và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế. Dạy học bài tập hóa học hiện nay phần lớn chỉ dừng lại ở việc tìm ra đáp số qua các phép tính đại số thuần túy, chưa khai thác sâu bản chất biến đổi hóa học vi mô để phát triển tư duy.

Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Hóa học (mã số 60 14 01 11) được thực hiện vào năm 2015 nhằm giải quyết căn cơ vấn đề này. Nghiên cứu tập trung xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương Dẫn xuất halogen – Ancol – Phenol thuộc chương trình Hóa học 11 nâng cao để phát triển năng lực tư duy hóa học cho học sinh. Địa bàn nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại 2 trường trung học phổ thông trọng điểm của tỉnh Bắc Ninh gồm Trường THPT Lương Tài số 1 và Trường THPT Lương Tài số 2, khảo sát trực tiếp trên 15 giáo viên và 124 học sinh. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp bộ công cụ sư phạm chuẩn mực, góp phần nâng cao trên 20% tỷ lệ học sinh khá giỏi môn Hóa học và giảm thiểu đáng kể tình trạng học vẹt trong nhà trường phổ thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý luận vững chắc về tâm lý học, giáo dục học hiện đại và lý luận dạy học bộ môn Hóa học:

Thứ nhất, khung năng lực định hướng theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế OECD (2002) và mô hình cấu trúc năng lực của Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2005). Năng lực được định nghĩa là thuộc tính tâm lý phức hợp, là điểm hội tụ của tri thức, kỹ năng, kỹ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm đạo đức. Trong chương trình phổ thông, nghiên cứu tập trung bồi dưỡng 5 năng lực đặc thù của môn Hóa học gồm: năng lực sử dụng ngôn ngữ hóa học, năng lực thực hành hóa học, năng lực giải quyết vấn đề thông qua môn hóa học, năng lực tính toán hóa học và năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào cuộc sống.

Thứ hai, lý luận về tư duy và năng lực tư duy hóa học. Bản chất của tư duy hóa học là sự phối hợp chặt chẽ, thống nhất giữa những hiện tượng cụ thể quan sát được ở cấp độ vĩ mô với các tương tác nội tại không quan sát được của các tiểu phân ở thế giới vi mô (nguyên tử, phân tử, ion, electron) thông qua việc sử dụng ký hiệu và công thức hóa học. Nghiên cứu rèn luyện toàn diện 5 phẩm chất tư duy cốt lõi gồm: khả năng định hướng, bề rộng và độ sâu, tính linh hoạt, tính mềm dẻo, tính độc lập và tính khái quát. Đồng thời, đề tài tập trung phát triển 5 thao tác tư duy cơ bản: phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa và khái quát hóa thông qua quá trình giải bài tập.

Thứ ba, lý thuyết về bài tập hóa học với tư cách là phương tiện và phương pháp dạy học phức hợp. Đề tài kế thừa và phát triển quan điểm của các nhà sư phạm hóa học hàng đầu như Nguyễn Ngọc Quang, Nguyễn Xuân Trường, khẳng định bài tập hóa học giữ vai trò vừa là mục đích, vừa là nội dung, vừa là công cụ hữu hiệu nhất để kiểm tra, đánh giá và kích thích hoạt động nhận thức độc lập của học sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu phối hợp đồng bộ các nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận, thực tiễn và thống kê toán học trong mốc thời gian năm học 2014 - 2015:

Về nguồn dữ liệu thực tiễn, đề tài tiến hành điều tra khảo sát bằng phiếu hỏi đối với 15 giáo viên giảng dạy môn Hóa học và 124 học sinh khối 11 tại 2 trường THPT Lương Tài số 1 và THPT Lương Tài số 2 thuộc tỉnh Bắc Ninh. Dữ liệu thực nghiệm sư phạm được thu thập thông qua các bài kiểm tra định kỳ 15 phút, 45 phút và bảng kiểm quan sát hành vi tư duy của học sinh trong các giờ học thực nghiệm so với các lớp đối chứng tương đương.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu lựa chọn mẫu thuận tiện có tính tương đồng cao về trình độ học lực đầu vào, điều kiện cơ sở vật chất và phân phối chương trình giảng dạy giữa các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng. Cỡ mẫu 124 học sinh được chia thành các cặp lớp thực nghiệm và đối chứng cân bằng tại hai trường trung học phổ thông.

Về phương pháp phân tích, tác giả áp dụng quy trình chuẩn của Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng (NCKHSPƯD). Dữ liệu điểm số được xử lý bằng các công cụ thống kê toán học bao gồm: lập bảng phân phối tần số, tần suất, tần suất lũy tích, tính giá trị điểm trung bình cộng, phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên và kiểm định giá trị t-test độc lập. Việc lựa chọn phương pháp phân tích thống kê định lượng kết hợp phân tích định tính từ bảng kiểm quan sát đảm bảo tính khách quan tuyệt đối, chứng minh sự khác biệt về năng lực tư duy giữa hai nhóm là có ý nghĩa thống kê và không phải do ngẫu nhiên.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực trạng cho thấy sự chênh lệch lớn giữa nhận thức và hành động của giáo viên trong thực tế giảng dạy. Toàn bộ 100% giáo viên (15/15 giáo viên) được hỏi đều khẳng định sự cần thiết của việc phát triển năng lực tư duy hóa học cho học sinh. Tuy nhiên, việc khai thác bài tập gắn với thực tiễn đời sống, thí nghiệm và bài tập đa dạng cách giải chỉ chiếm tỷ lệ rất thấp, khoảng 20% (3/15 giáo viên). Đa số giáo viên vẫn phụ thuộc vào phương pháp thuyết trình truyền thống chiếm khoảng 53,3% (8/15 giáo viên), trong khi phương pháp dạy học nêu vấn đề và phương pháp sơ đồ tư duy chỉ đạt khoảng 13,3% (2/15 giáo viên). Về phía học sinh, có tới 69,7% (85/122 học sinh) phản ánh rằng giờ làm bài tập chủ yếu diễn ra theo hình thức giáo viên chữa mẫu hoặc gọi học sinh giỏi lên bảng, khiến đa số học sinh bị động, triệt tiêu tính sáng tạo.

Kết quả thực nghiệm sư phạm sau khi áp dụng hệ thống bài tập và các biện pháp sư phạm mới đã đem lại những chuyển biến rõ nét:

Thứ nhất, kết quả điểm số của nhóm thực nghiệm vượt trội hơn hẳn so với nhóm đối chứng. Điểm trung bình cộng các bài kiểm tra của học sinh nhóm thực nghiệm luôn cao hơn nhóm đối chứng từ 0,8 đến 1,2 điểm trên thang điểm 10. Tỷ lệ học sinh đạt điểm khá và giỏi (từ 7,0 đến 10 điểm) ở các lớp thực nghiệm đạt mức 68,5%, cao hơn 21,3% so với nhóm đối chứng chỉ đạt 47,2%.

Thứ hai, tỷ lệ học sinh yếu kém (điểm dưới 5,0) ở nhóm thực nghiệm giảm sâu xuống dưới mức 3,5%, trong khi nhóm đối chứng vẫn duy trì tỷ lệ học sinh yếu kém ở mức 11,8%.

Thứ ba, qua bảng kiểm quan sát định tính, học sinh nhóm thực nghiệm thể hiện rõ sự tiến bộ vượt bậc ở khả năng phân tích cấu tạo chất, kỹ năng dự đoán tính chất hóa học từ cấu trúc phân tử, khả năng khái quát hóa quy luật tách nước tạo ete và tư duy mềm dẻo khi tìm ra các con đường tổng hợp hữu cơ tối ưu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự bứt phá của nhóm thực nghiệm là do tác giả đã xây dựng thành công 5 cách thức thiết kế bài tập độc đáo: lược bớt dữ kiện để buộc học sinh phải biện luận đa chiều; thay đổi mức độ yêu cầu để kích hoạt tư duy bậc cao; đảo chiều bài toán để rèn luyện tư duy linh hoạt; xây dựng chuỗi bài tập tương tự tăng dần độ khó để hình thành năng lực khái quát hóa; và tuyển chọn bài toán có nhiều cách giải nhằm tìm kiếm con đường ngắn nhất thông qua các định luật bảo toàn.

Dữ liệu thực nghiệm được minh họa rõ nét qua đồ thị đường phân phối tần suất lũy tích và biểu đồ hình cột phân loại học lực. Đồ thị đường lũy tích của các lớp thực nghiệm luôn nằm hoàn toàn về phía bên phải và phía dưới so với đường lũy tích của các lớp đối chứng, chứng minh một cách trực quan rằng tỷ lệ học sinh đạt điểm cao ở nhóm thực nghiệm chiếm ưu thế tuyệt đối ở mọi ngưỡng điểm. Đồng thời, biểu đồ phân loại kết quả học tập cho thấy sự dịch chuyển mạnh mẽ của phổ điểm từ vùng trung bình - yếu sang vùng khá - giỏi.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về phương pháp giải toán hóa học của các chuyên gia đầu ngành, kết quả của luận văn đã tiến thêm một bước dài khi chuyển trọng tâm từ việc rèn luyện thuật toán cơ học sang việc bồi dưỡng bản chất tư duy hóa học gắn liền với bối cảnh thực tiễn đời sống như bài toán về độc tính đioxin, hàm lượng 3-MCPD trong nước tương, hay công nghệ sản xuất nhựa PVC từ etilen.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhân rộng hiệu quả nghiên cứu và thúc đẩy đổi mới căn bản phương pháp dạy học hóa học tại các trường phổ thông, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình biên soạn bài tập phát triển tư duy 7 bước vào sinh hoạt chuyên môn. Ban giám hiệu và tổ chuyên môn Hóa học tại các trường THPT cần chỉ đạo giáo viên thực hiện nghiêm ngặt quy trình: xác định mục tiêu tư duy, phân tích mối quan hệ hóa học, xây dựng giả thiết, biên soạn, giải thử đa phương pháp, lấy ý kiến đồng nghiệp và chỉnh sửa hoàn thiện. Chỉ tiêu đặt ra là 100% giáo viên hoàn thành việc xây dựng kế hoạch bài dạy theo định hướng năng lực trong học kỳ tới.

Thứ two, triển khai đồng bộ 5 biện pháp sư phạm rèn luyện tư duy trong các giờ luyện tập. Giáo viên cần linh hoạt sử dụng bài tập rèn luyện năng lực quan sát thí nghiệm, sử dụng sơ đồ phản ứng chuỗi biến hóa để phát triển thao tác phân tích - tổng hợp, và giao bài tập mở đòi hỏi lập luận độc lập. Mục tiêu nâng tỷ lệ học sinh chủ động tham gia thảo luận và tự lực giải quyết bài tập lên trên 80% trong vòng 6 tháng áp dụng.

Thứ ba, xây dựng ngân hàng câu hỏi và bài tập thực tiễn hóa học hữu cơ. Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các tổ chuyên môn phát triển kho tư liệu bài tập gắn liền với các vấn đề môi trường, sức khỏe, công nghiệp hóa chất và đời sống thường ngày. Mục tiêu bổ sung tối thiểu 150 bài tập thực tiễn phân hóa cao vào thư viện số của nhà trường trong năm học hiện tại.

Thứ tư, đổi mới toàn diện công tác kiểm tra, đánh giá theo định hướng năng lực. Giáo viên cần kết hợp đánh giá thường xuyên qua bảng kiểm quan sát năng lực tư duy với các bài kiểm tra trắc nghiệm khách quan định lượng. Hướng tới mục tiêu giảm ít nhất 30% tỷ lệ câu hỏi học thuộc lòng máy móc, tăng cường các câu hỏi suy luận biện chứng và ứng dụng thực tiễn sau 1 năm thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm trong hệ thống giáo dục:

Thứ nhất, giáo viên dạy môn Hóa học tại các trường trung học phổ thông. Đây là nguồn tài liệu tham khảo trực tiếp giúp giáo viên đổi mới giáo án chương Dẫn xuất halogen – Ancol – Phenol, nắm vững kỹ thuật xây dựng câu hỏi phân hóa và áp dụng các biện pháp tổ chức dạy học kích thích tư duy học sinh trong từng tiết học.

Thứ hai, sinh viên đại học sư phạm và học viên cao học chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học Hóa học. Luận văn cung cấp khung lý thuyết mẫu mực, phương pháp luận nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng chuẩn xác cùng quy trình xử lý số liệu thống kê thực nghiệm chi tiết để phục vụ việc học tập và nghiên cứu học thuật.

Thứ ba, cán bộ quản lý giáo dục, chuyên viên phụ trách bộ môn Hóa học tại các Sở và Phòng Giáo dục và Đào tạo. Công trình là cơ sở khoa học đáng tin cậy để xây dựng các chuyên đề bồi dưỡng nghiệp vụ giáo viên, định hướng đổi mới phương pháp giảng dạy và kiểm tra đánh giá theo chương trình giáo dục phổ thông mới.

Thứ tư, học sinh lớp 11 và lớp 12 có nguyện vọng nâng cao năng lực học tập môn Hóa học. Tài liệu giúp học sinh tiếp cận phương pháp tư duy bản chất, làm chủ các kỹ thuật giải nhanh bài toán hóa học hữu cơ, tránh các bẫy đề thi và tự tin đạt kết quả xuất sắc trong các kỳ thi học sinh giỏi và kỳ thi tốt nghiệp trung học phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

Luận văn đề xuất bao nhiêu cách xây dựng bài tập phát triển tư duy cho học sinh? Luận văn đề xuất 5 cách thức xây dựng bài tập độc đáo gồm: lược bớt dữ kiện giả thiết để rèn luyện kỹ năng biện luận; thay đổi mức độ yêu cầu của bài toán; đảo chiều bài tập theo hướng ngược lại để tạo tính linh hoạt; xây dựng chuỗi bài tập tương tự tăng dần độ khó nhằm rèn luyện năng lực khái quát hóa; và lựa chọn các bài tập có nhiều cách giải để tối ưu hóa thời gian tính toán.

Tại sao việc lược bỏ dữ kiện trong bài tập lại kích thích tư duy của học sinh? Trong thực tế, khi lược bỏ các dữ kiện gợi ý như số chức este hay loại đồng phân, học sinh không thể áp dụng công thức máy móc. Các em bắt buộc phải phân tích kỹ lưỡng các khả năng có thể xảy ra, liên kết nhiều mảng kiến thức và biện luận logic từng trường hợp, từ đó phát triển mạnh mẽ thao tác phân tích, tổng hợp và tư duy chiều sâu.

Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên quy mô nào và kết quả ra sao? Nghiên cứu được thực nghiệm trên 124 học sinh khối 11 tại 2 trường THPT Lương Tài số 1 và số 2 tỉnh Bắc Ninh trong năm học 2014 - 2015. Kết quả cho thấy nhóm thực nghiệm đạt điểm trung bình cao hơn nhóm đối chứng khoảng 0,8 đến 1,2 điểm, với tỷ lệ khá giỏi đạt 68,5% (vượt 21,3% so với nhóm đối chứng) và tỷ lệ yếu kém giảm sâu xuống dưới 3,5%.

Làm thế nào để đánh giá năng lực tư duy hóa học ngoài việc chấm điểm bài thi? Luận văn sử dụng công cụ bảng kiểm quan sát hành vi tư duy trong giờ học. Giáo viên đánh giá học sinh qua các tiêu chí cụ thể như: tốc độ phát hiện vấn đề mới, khả năng vận dụng tri thức vào tình huống lạ, mức độ độc lập khi tìm ra cách giải ngắn nhất, và kỹ năng phản biện khoa học trong các buổi thảo luận nhóm.

Hệ thống bài tập trong luận văn có gắn liền với thực tiễn đời sống không? Hệ thống bài tập được thiết kế gắn liền với thực tế sâu sắc, bao gồm các bài toán giải thích tác hại của chất độc đioxin đối với sức khỏe, cơ chế hình thành độc chất 3-MCPD trong quá trình sản xuất nước tương bằng phương pháp thủy phân axit, nguyên nhân rượu ủ lâu năm thơm ngon, hay quy trình tổng hợp công nghiệp nhựa PVC từ etilen và clo.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý luận về năng lực, năng lực tư duy hóa học và xác định rõ vai trò then chốt của bài tập hóa học trong việc bồi dưỡng phẩm chất trí tuệ cho học sinh phổ thông.
  • Khảo sát thực trạng trên 15 giáo viên và 124 học sinh đã chỉ rõ lỗ hổng lớn trong thói quen dạy học thiên về giải toán đại số thụ động, thiếu vắng các bài tập thực tiễn và phát triển tư duy biện chứng.
  • Tác giả đã đề xuất thành công quy trình 7 bước thiết kế bài tập, 5 cách thức xây dựng câu hỏi phân hóa tư duy và 5 biện pháp sư phạm ứng dụng bài tập vào giảng dạy chương Dẫn xuất halogen – Ancol – Phenol lớp 11 nâng cao.
  • Kết quả thực nghiệm sư phạm tại 2 trường THPT thuộc tỉnh Bắc Ninh đã kiểm chứng vững chắc tính khả thi và hiệu quả của đề tài, giúp nâng cao hơn 21% tỷ lệ học sinh khá giỏi và giảm mạnh tỷ lệ học sinh yếu kém.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi khoa học cho việc đổi mới phương pháp dạy học hóa học. Trong giai đoạn tiếp theo, các cơ sở giáo dục cần đẩy mạnh nhân rộng mô hình thiết kế bài tập này cho toàn bộ chương trình hóa học hữu cơ trung học phổ thông, góp phần hiện thực hóa mục tiêu đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục nước nhà. Quý thầy cô giáo và bạn đọc hãy áp dụng ngay quy trình 7 bước và hệ thống bài tập này vào thực tiễn giảng dạy để nâng cao chất lượng học tập của học sinh.