Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Giáo dục phổ thông Việt Nam đang trong giai đoạn chuyển đổi căn bản từ mô hình tiếp cận nội dung (chủ yếu trang bị kiến thức) sang mô hình tiếp cận năng lực của người học theo định hướng của Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương Đảng và Chương trình Giáo dục phổ thông mới (năm 2018) của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Trong cấu trúc các môn khoa học tự nhiên, Hóa học là môn học có tính thực nghiệm sâu sắc, đóng vai trò cầu nối giữa các lĩnh vực Vật lí, Sinh học, Y dược và Địa chất học.

Tuy nhiên, thực tế dạy học Hóa học ở trường Trung học phổ thông (THPT) trong nhiều năm qua vẫn bộc lộ những bất cập:

  • Quá trình dạy học còn nặng về lý thuyết và giải bài tập trên giấy, học sinh chủ yếu tiếp cận các phản ứng thông qua mô tả trong sách giáo khoa hoặc bài giảng truyền thụ một chiều của giáo viên.
  • Thời lượng dành cho các tiết thực hành thí nghiệm trong phân phối chương trình chỉ chiếm khoảng 10% tổng số tiết học toàn năm; học sinh ít có cơ hội rèn luyện kỹ năng thao tác dụng cụ và quan sát hiện tượng thực tế.
  • Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm truyền thống chủ yếu sử dụng hóa chất chuyên dụng và dung dịch riêng biệt, khó tái lập tại nhà, khiến học sinh cảm thấy môn Hóa học khô khan, xa rời đời sống thực tế và gặp khó khăn khi vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng xung quanh.

Xuất phát từ những yêu cầu đổi mới giáo dục và thực trạng trên, tác giả Võ Thu Hiền đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp: "Thiết kế và sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học phần Hóa học Vô cơ ở trường THPT".

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đề tài là thiết kế và sử dụng hệ thống thí nghiệm gắn kết với cuộc sống hàng ngày trong dạy học phần Hóa học Vô cơ ở trường THPT; đồng thời cải tiến một số thí nghiệm hiện hành để thao tác an toàn, thuận tiện hơn, qua đó góp phần nâng cao khả năng vận dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn cho học sinh và nâng cao chất lượng dạy học bộ môn.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Khóa luận xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về đổi mới phương pháp dạy học môn Hóa học ở trường THPT.
  2. Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm hóa học và thí nghiệm hóa học gắn kết cuộc sống ở trường THPT.
  3. Phân tích cấu trúc, nội dung và chuẩn kiến thức kỹ năng phần Hóa học Vô cơ trong chương trình GDPT mới.
  4. Đề xuất các nguyên tắc và quy trình thiết kế thí nghiệm hóa học gắn kết cuộc sống và thí nghiệm cải tiến.
  5. Thiết kế hệ thống thí nghiệm và đề xuất phương pháp, kế hoạch sử dụng các thí nghiệm này trong dạy học Hóa học Vô cơ THPT.
  6. Tiến hành thực nghiệm sư phạm để kiểm tra, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các đề xuất.

Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học môn Hóa học ở trường THPT.
  • Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế và sử dụng các thí nghiệm hóa học gắn kết cuộc sống trong dạy học phần Hóa học Vô cơ ở trường THPT.
  • Phạm vi nội dung: Các chủ đề, bài học thuộc phần Hóa học Vô cơ trong chương trình Hóa học THPT (chương trình cơ bản và định hướng chương trình GDPT mới).
  • Phạm vi địa bàn: Khảo sát thực trạng và tiến hành thực nghiệm sư phạm tại một số trường THPT trên địa bàn thành phố Đà Nẵng (gồm THPT Phan Châu Trinh, THPT Thanh Khê và THPT Thái Phiên).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và quan điểm tiếp cận

Khóa luận xây dựng nền tảng lý luận dựa trên:

  • Các định hướng đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực, chuyển từ dạy học lấy giáo viên làm trung tâm sang lấy học sinh làm trung tâm, kết hợp các phương pháp dạy học tích cực (dạy học giải quyết vấn đề, dạy học theo tình huống, dạy học định hướng hành động).
  • Khái niệm và vai trò của thí nghiệm hóa học trong nhà trường phổ thông theo các tài liệu của Trần Quốc Đắc, Đào Thị Hoàng Hoa, Thái Hoài Minh: Thí nghiệm là phương tiện trực quan, là nguồn tri thức và là cầu nối giữa lý thuyết với thực tiễn sản xuất, đời sống.
  • Khái niệm thí nghiệm gắn kết cuộc sống: Được phân chia thành 3 nhóm:
    1. Thí nghiệm trong đời sống: Sử dụng các hóa chất, vật dụng quen thuộc trong sinh hoạt gia đình để tiến hành phản ứng.
    2. Thí nghiệm cải tiến: Tinh giản quy trình, thiết bị nhằm giúp thao tác nhanh gọn, an toàn và tiết kiệm hóa chất hơn thí nghiệm truyền thống.
    3. Thí nghiệm mô phỏng hiện tượng: Tái hiện và giải thích bản chất hóa học của các hiện tượng tự nhiên, đời sống (mưa axit, ăn mòn kim loại, xử lý nước).

Hệ thống phương pháp nghiên cứu

Khóa luận áp dụng phối hợp ba nhóm phương pháp nghiên cứu khoa học giáo dục:

  1. Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa và khái quát hóa các văn bản chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo, sách giáo khoa, tài liệu lý luận dạy học môn Hóa học trong và ngoài nước.
  2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
    • Điều tra bằng phiếu hỏi: Tiến hành khảo sát trên mẫu gồm 20 giáo viên Hóa học và 164 học sinh tại 3 trường THPT ở Đà Nẵng (THPT Phan Châu Trinh, THPT Thanh Khê, THPT Thái Phiên) nhằm đánh giá thực trạng sử dụng thí nghiệm.
    • Phương pháp trao đổi, xin ý kiến chuyên gia và giảng viên hướng dẫn.
    • Phương pháp thực nghiệm sư phạm (TNSP): Tổ chức dạy học thực nghiệm có đối chứng để kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài học có sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống.
  3. Nhóm phương pháp xử lý thông tin: Ứng dụng thống kê toán học trong nghiên cứu sư phạm ứng dụng để xử lý dữ liệu khảo sát và kết quả kiểm tra (tính điểm trung bình $\bar{X}$, độ lệch chuẩn $S$, lập bảng phân phối tần số, tần suất, tần suất tích lũy).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 1 tập trung hệ thống hóa các vấn đề lý luận về đổi mới phương pháp dạy học Hóa học THPT và công bố kết quả điều tra thực trạng tại các trường phổ thông trên địa bàn Đà Nẵng.

Tác giả làm rõ 6 yêu cầu cần đạt khi thiết kế thí nghiệm gắn kết cuộc sống: tính khoa học, gắn liền với nội dung bài học, an toàn, đảm bảo tỷ lệ thành công cao, tính thẩm mỹ - trực quan và thao tác dễ thực hiện.

Nhóm đặc điểm Ưu điểm Hạn chế
Thí nghiệm gắn kết cuộc sống - Hóa chất, dụng cụ gần gũi, an toàn.
- Tạo hứng thú học tập cao cho học sinh.
- Dễ thực hiện, học sinh có thể tự lặp lại tại nhà.
- Giúp liên hệ thực tế, khắc sâu kiến thức.
- Nồng độ chất trong đời sống thường thấp khiến tốc độ phản ứng chậm, hiện tượng kém nhạy.
- Tốn thời gian lên ý tưởng và chuẩn bị.
- Một số dụng cụ mô phỏng còn cồng kềnh.

Kết quả điều tra thực trạng từ 164 học sinh và 20 giáo viên cung cấp các cứ liệu định lượng cụ thể:

  • Về phía học sinh: 74% học sinh nhận định chương trình Hóa học hiện hành nặng về lý thuyết, ít thực hành. 60% học sinh chỉ thỉnh thoảng được học với thí nghiệm; 43% chưa bao giờ được tiếp cận thí nghiệm gắn kết cuộc sống. Về phương thức tiếp cận, 36% học sinh chỉ được xem video thí nghiệm, 38% quan sát giáo viên làm mẫu, chỉ 26% được trực tiếp tự tay thực hiện. Khi được hỏi về mong muốn, các tiêu chí "có nhiều điều thú vị trong tiết học" ($\bar{X} = 4,238$) và "được tự tay làm thí nghiệm" ($\bar{X} = 4,140$) đạt điểm đánh giá cao nhất.
  • Về phía giáo viên: 45% giáo viên hiếm khi sử dụng thí nghiệm trong giờ dạy. Ba rào cản lớn nhất gồm: hóa chất phòng thí nghiệm bị hỏng dẫn đến thí nghiệm thất bại (60%), giáo viên ngại tiếp xúc với hóa chất độc hại (50%), và mất nhiều thời gian chuẩn bị (40%). Đáng chú ý, 85% giáo viên nhận định thí nghiệm gắn kết cuộc sống có sức thu hút học sinh vượt trội so với thí nghiệm truyền thống; 95% ủng hộ sử dụng trong hoạt động ngoại khóa và 70% muốn đưa vào các tiết dạy kiến thức mới.

Chương 2: Thiết kế và sử dụng thí nghiệm hóa học gắn kết cuộc sống trong dạy học phần Hóa học Vô cơ ở trường THPT

Chương 2 trình bày phân tích chuẩn kiến thức kỹ năng theo chương trình GDPT mới, xác lập 6 nguyên tắc thiết kế và đề xuất quy trình thiết kế 7 bước:

  • Bước 1: Chọn nội dung bài học phù hợp.
  • Bước 2: Xác định mục tiêu, chuẩn kiến thức, kỹ năng.
  • Bước 3: Lựa chọn thí nghiệm, hiện tượng đời sống tương ứng.
  • Bước 4: Tìm kiếm nguyên vật liệu đời sống và đề xuất phương án tiến hành/cải tiến.
  • Bước 5: Tiến hành thử nghiệm, kiểm chứng hiện tượng và đối chứng với thí nghiệm truyền thống.
  • Bước 6: Điều chỉnh kỹ thuật thao tác, rút ra lưu ý và hoàn thiện phương án biểu diễn.
  • Bước 7: Xây dựng hệ thống câu hỏi khai thác và hướng dẫn giải.

Khóa luận đã thiết kế chi tiết 16 thí nghiệm gắn kết cuộc sống thuộc phần Hóa học Vô cơ cho cả ba khối lớp:

Khối lớp STT Tên thí nghiệm được thiết kế
Lớp 10 1 Điều chế nước Javen tại nhà và thử tính chất của nước Javen
2 Thử tính chất của Iodine và hồ tinh bột
3 Điều chế $\text{O}_2$ từ nước oxi già
4 Thí nghiệm mô phỏng ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
5 Thí nghiệm mô phỏng ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng
Lớp 11 6 Thử phản ứng giữa muối hydrocarbonate và acid
7 Làm sạch nước bẩn tại nhà bằng than hoạt tính và cát
8 Sự hủy hoại của mưa acid đối với đồ vật từ đá vôi
9 Tạo khói kì diệu từ đá khô
10 Viên sáp tự rơi
Lớp 12 11 Dây thép đổi màu
12 Thí nghiệm mô phỏng tốc độ ăn mòn hóa học và tốc độ ăn mòn điện hóa
13 Điện phân dung dịch phèn xanh tại nhà
14 Núi lửa phun trào
15 Thí nghiệm mô phỏng muối hydrocarbonate tác dụng với acid và base
16 Nhôm tác dụng với dung dịch phèn xanh

Mỗi thí nghiệm được biên soạn đầy đủ theo cấu trúc: Phân loại; Mục đích; Dụng cụ - hóa chất đời sống; Cách tiến hành; Lưu ý an toàn; Hiện tượng quan sát; Giải thích và phương trình hóa học; Vị trí bài học áp dụng; Hệ thống câu hỏi liên hệ đời sống kèm lời giải.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc kiểm chứng tính khả thi của đề tài qua tổ chức dạy học thực nghiệm tại trường THPT Thanh Khê (Đà Nẵng), thực hiện trên bài dạy minh họa: Bài 16: Hợp chất của cacbon (Hóa học 11).

Quá trình thực nghiệm sư phạm tiến hành so sánh giữa lớp thực nghiệm (TN) có sử dụng các thí nghiệm gắn kết cuộc sống (như thí nghiệm giữa bột baking soda và giấm ăn, thí nghiệm lọc nước bằng than hoạt tính) và lớp đối chứng (ĐC) dạy theo phương pháp thuyết trình truyền thống. Đề tài sử dụng bài kiểm tra đánh giá sau tiết học kết hợp phiếu khảo sát phản hồi của học sinh và giáo viên bộ môn dự giờ để thu thập dữ liệu định lượng và định tính.


Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Về mặt số liệu thực nghiệm: Các số liệu thống kê thu được từ bài kiểm tra và phiếu hỏi sau tiết dạy thực nghiệm cho thấy lớp thực nghiệm đạt kết quả tiếp thu kiến thức và mức độ hứng thú vượt trội so với lớp đối chứng; học sinh nắm vững bản chất phản ứng và biết cách vận dụng kiến thức hóa học để giải thích các hiện tượng thực tế.
  • Xây dựng được hệ thống 16 quy trình thí nghiệm hoàn chỉnh: Khai thác các vật liệu gia dụng sẵn có (pin 9V, ruột bút chì, muối ăn, giấm, baking soda, nước vo gạo, cồn iod/thuốc đỏ, than hoạt tính, cát, phèn xanh, vỏ trứng, vỏ lon coca) để thay thế hoặc bổ trợ cho các hóa chất đắt tiền, độc hại trong phòng thí nghiệm.

Giải pháp và khuyến nghị tác giả đề xuất

  • Giáo viên cần linh hoạt phối hợp thí nghiệm gắn kết cuộc sống vào nhiều khâu của quá trình dạy học: khởi động tạo mâu thuẫn nhận thức, tổ chức cho học sinh nghiên cứu khám phá kiến thức mới, củng cố bài học hoặc giao nhiệm vụ trải nghiệm tại nhà.
  • Nhà trường và tổ chuyên môn cần tạo điều kiện tổ chức các hoạt động ngoại khóa, câu lạc bộ khoa học ứng dụng để học sinh được trực tiếp thực hành thí nghiệm an toàn.
  • Cần tiếp tục hoàn thiện, chuẩn hóa nồng độ các chất sinh hoạt để đảm bảo thí nghiệm diễn ra nhanh và rõ nét trong khung thời gian 45 phút của một tiết học.

Đóng góp mới của khóa luận

  • Về mặt lý luận: Xác lập hệ thống 6 nguyên tắc thiết kế và quy trình 7 bước phát triển thí nghiệm hóa học gắn kết cuộc sống, làm rõ tiêu chí phân loại 3 nhóm thí nghiệm phục vụ chương trình GDPT mới.
  • Về mặt thực tiễn: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết, có kèm hình ảnh minh chứng và video ghi hình cho 16 thí nghiệm Vô cơ THPT, giúp giáo viên có nguồn tư liệu thực hành trực quan để triển khai ngay trong thực tế giảng dạy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Do nồng độ hoạt chất trong các sản phẩm sinh hoạt (như acid acetic trong giấm ăn, chất tẩy trong nước Javen tự chế) thường thấp hơn hóa chất tinh khiết trong phòng thí nghiệm, một số phản ứng có tốc độ chậm hơn, đòi hỏi thời gian quan sát dài hơn.
  • Một số thí nghiệm mô phỏng hiện tượng phức tạp đòi hỏi khâu chuẩn bị dụng cụ tương đối công phu.
  • Địa bàn khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm chỉ mới giới hạn tại một số trường THPT trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, chưa mở rộng ra các tỉnh thành khác.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Tiếp tục nghiên cứu, chuẩn hóa tỉ lệ phối trộn và cải tiến dụng cụ nhằm rút ngắn thời gian phản ứng của các thí nghiệm đời sống.
  • Mở rộng phạm vi thiết kế thí nghiệm gắn kết cuộc sống sang phần Hóa học Hữu cơ THPT (este, chất béo, cacbohiđrat, polime) và các chuyên đề học tập Hóa học chuyên sâu.
  • Mở rộng phạm vi thực nghiệm sư phạm trên nhiều đối tượng học sinh ở các vùng miền khác nhau để hoàn thiện bộ tài liệu hướng dẫn dạy học.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho các đối tượng:

  • Sinh viên ngành Sư phạm Hóa học: Tham khảo về phương pháp luận nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng, quy trình thiết kế giáo án và kỹ thuật tổ chức hoạt động trải nghiệm thực hành.
  • Giáo viên Hóa học THPT: Trực tiếp sử dụng 16 quy trình thí nghiệm trong khóa luận để đổi mới phương pháp giảng dạy, thiết kế bài giảng Stem/hoạt động trải nghiệm theo chương trình GDPT mới 2018.
  • Học viên cao học chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Hóa học: Kế thừa khung lý thuyết về phân loại thí nghiệm và hệ thống bảng hỏi khảo sát thực trạng.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài phân chia thí nghiệm hóa học gắn kết cuộc sống thành những nhóm nào?
Khóa luận chia thành 3 nhóm: (1) Thí nghiệm trong đời sống (sử dụng hóa chất, đồ dùng gia đình quen thuộc); (2) Thí nghiệm cải tiến (tinh giản thao tác, tiết kiệm hóa chất và tăng tính an toàn); (3) Thí nghiệm mô phỏng hiện tượng (tái hiện các hiện tượng tự nhiên như mưa acid, núi lửa, ăn mòn kim loại).

2. Thí nghiệm điều chế nước Javen tại nhà trong đề tài được tiến hành bằng những nguyên liệu và thiết bị nào?
Thí nghiệm sử dụng nguồn điện là pin 9V, 2 lõi bút chì làm điện cực, dây dẫn điện, ly thủy tinh và dung dịch muối ăn ($\text{NaCl}$) hòa tan trong nước. Khi điện phân không màng ngăn, $\text{Cl}_2$ và $\text{NaOH}$ sinh ra tác dụng với nhau tạo thành nước Javen chứa $\text{NaClO}$ có khả năng tẩy màu dung dịch mực loãng.

3. Khảo sát thực trạng chỉ ra những khó khăn lớn nhất của giáo viên khi sử dụng thí nghiệm Hóa học là gì?
Theo kết quả khảo sát 20 giáo viên tại Đà Nẵng, ba trở ngại hàng đầu là: hóa chất bị biến chất/hỏng dẫn đến thí nghiệm không thành công (60%), tâm lý e ngại tiếp xúc với hóa chất độc hại (50%), và mất nhiều thời gian cho khâu chuẩn bị, thực hiện (40%).

4. Quy trình thiết kế thí nghiệm gắn kết cuộc sống của tác giả gồm bao nhiêu bước?
Quy trình gồm 7 bước: (1) Chọn nội dung bài học; (2) Xác định mục tiêu, chuẩn kiến thức kỹ năng; (3) Lựa chọn thí nghiệm/hiện tượng đời sống phù hợp; (4) Tìm kiếm nguyên vật liệu và đề xuất cách tiến hành/cải tiến; (5) Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng, đối chứng; (6) Điều chỉnh thao tác, rút ra lưu ý sư phạm; (7) Soạn hệ thống câu hỏi liên hệ và hướng dẫn giải.

5. Khóa luận đã thiết kế tổng cộng bao nhiêu thí nghiệm và phân bố ở các khối lớp như thế nào?
Tác giả đã thiết kế hoàn chỉnh 16 thí nghiệm, phân bổ gồm: 5 thí nghiệm lớp 10 (chủ đề halogen, tốc độ phản ứng, oxi hóa khử), 5 thí nghiệm lớp 11 (muối hydrocarbonate, xử lý nước, mưa acid, đá khô), và 6 thí nghiệm lớp 12 (ăn mòn kim loại, điện phân phèn xanh, phản ứng của nhôm và hợp chất).


Kết luận

Khóa luận của tác giả Võ Thu Hiền đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc xác lập cơ sở khoa học và xây dựng hệ thống 16 thí nghiệm gắn kết cuộc sống phục vụ dạy học phần Hóa học Vô cơ THPT. Đề tài cung cấp minh chứng thực tiễn rõ ràng từ kết quả khảo sát 184 giáo viên, học sinh và số liệu thực nghiệm sư phạm tại Đà Nẵng. Công trình đóng góp thiết thực vào việc thúc đẩy đổi mới phương pháp dạy học Hóa học theo hướng phát triển phẩm chất, năng lực và tăng cường khả năng liên hệ thực tiễn cho học sinh phổ thông.