Thực Trạng và Biện Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Dạy Học Phần Thực Hành Phân Tích Định Lượng Hóa Học

Thực trạng dạy học phân tích định lượng hóa học tại các trường đại học hiện nay cho thấy nhiều hạn chế. 96 trang · Đại học Sư phạm Hồ Chí Minh · 2013.

• Tác giả: Lại Thị Kim Biên
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Ngọc Tứ
• Trường học: Đại học Sư phạm Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Thực trạng và một số biện pháp nâng cao hiệu quả dạy- học phần thực hành Phân tích định lượng Hóa học
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN
• 1.1. Khái niệm thí nghiệm hóa học
• 1.2. Mục đích của việc thực hành thí nghiệm
• 1.3. Một số giáo trình thực hành Phân tích định lượng
• 1.3.1. Tại Khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay
• 1.3.2. Tại các trường Đại học khác trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG HÓA HỌC
• 2.1. Phương pháp phân tích khối lượng
• 2.2. Phương pháp phân tích thể tích
• 2.3. Phương pháp chuẩn độ axit- bazơ
• 2.4. Phương pháp oxi hóa-khử
• 2.5. Phương pháp chuẩn độ kết tủa
• 2.6. Phương pháp chuẩn độ phức chất
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THỰC TRẠNG DẠY- HỌC PHẦN THỰC HÀNH PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG HÓA HỌC
• 3.1. Khảo sát bằng hình thức phiếu điều tra. Cách tiến hành
• 3.2. Mô tả phiếu điều tra
• 3.3. Phân tích kết quả điều tra
• 3.4. Khảo sát các bài thực hành có trong giáo trình
• 3.4.1. Khảo sát bài 1: chuẩn độ Axit mạnh Bazơ mạnh
• 3.4.2. Khảo sát bài 2: chuẩn độ axit yếu
• 3.4.3. Khảo sát bài 3: chuẩn độ bazơ yếu
• 3.4.4. Khảo sát bài 4: chuẩn độ đa axit
• 3.4.5. Khảo sát bài 5: chuẩn độ đa bazơ
• 3.4.6. Khảo sát bài 6: định lượng Fe bằng phương pháp pemanganat
• 3.4.7. Khảo sát bài 7: định lượng Cu bằng phương pháp iod
• 3.4.8. Khảo sát bài 8: chuẩn độ kết tủa
• 3.4.9. Khảo sát bài 9: chuẩn độ phức chất
• 4. CHƯƠNG 4: MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY- HỌC PHẦN THỰC HÀNH PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG HÓA HỌC
• 4.1. Chỉnh sửa và bổ sung nội dung giáo trình
• 4.2. Bài 2: Chuẩn độ axit yếu
• 4.3. Bài 3: Chuẩn độ bazơ yếu
• 4.4. Bài 5: Thí nghiệm Chuẩn độ hỗn hợp Na 2 CO 3 và NaOH bằng HCl
• 4.5. Các bài thí nghiệm đề xuất
• 4.5.1. Bài 2: Xác định hàm lượng sắt bằng phương pháp Dicromat
• 4.5.2. Bài 3: Xác định hàm lượng vitamin C trong viên nén bằng phương pháp chuẩn độ iod
• 4.6. Xây dựng phim minh họa các bài thực hành
• KẾT LUẬN- ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thực trạng dạy học phân tích định lượng hóa học

Thực trạng dạy học phân tích định lượng hóa học tại các trường đại học hiện nay cho thấy nhiều hạn chế. Giáo trình thực hành còn thiếu bài tập minh họa cho các phương pháp quan trọng như phân tích khối lượng và chuẩn độ oxi hóa-khử. Các bài thực hành chủ yếu tập trung vào mẫu đơn giản, thiếu mẫu thực tế phức tạp. Điều này làm giảm khả năng phát triển kỹ năng phân tích của sinh viên. Hiệu quả dạy học chưa đạt được mức tối ưu do thiếu cập nhật phương pháp giảng dạy hiện đại.

1.1. Khảo sát thực trạng

Khảo sát bằng phiếu điều tra cho thấy sinh viên gặp khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực hành. Các bài thực hành như chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh và chuẩn độ oxi hóa-khử được đánh giá là thiếu tính ứng dụng thực tế. Chất lượng giảng dạy bị ảnh hưởng do thiếu thiết bị hiện đại và giáo trình chưa được cập nhật.

1.2. Phân tích kết quả

Phân tích kết quả khảo sát cho thấy cần cải tiến phương pháp giảng dạy. Các bài thực hành cần bổ sung thêm mẫu thực tế như định lượng Fe bằng phương pháp pemanganat và định lượng Cu bằng phương pháp iod. Kỹ năng phân tích của sinh viên cần được rèn luyện thông qua các bài tập phức tạp hơn.

II. Biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học

Để nâng cao hiệu quả dạy học, cần áp dụng các biện pháp cải tiến như bổ sung giáo trình, sử dụng phương pháp giảng dạy hiện đại và tăng cường thực hành. Phương pháp định lượng cần được minh họa bằng các bài thực hành cụ thể. Giáo dục hóa học cần chú trọng đến việc phát triển kỹ năng phân tích và ứng dụng hóa học trong thực tế.

2.1. Chỉnh sửa giáo trình

Giáo trình cần bổ sung các bài thực hành như chuẩn độ axit yếu và chuẩn độ bazơ yếu. Các bài thí nghiệm đề xuất như xác định hàm lượng sắt bằng phương pháp Dicromat và xác định hàm lượng vitamin C cần được đưa vào chương trình. Phương pháp giảng dạy cần kết hợp lý thuyết và thực hành để tăng tính ứng dụng.

2.2. Ứng dụng công nghệ

Sử dụng phim minh họa các bài thực hành để tăng tính trực quan. Khoa học thực nghiệm cần được áp dụng để sinh viên hiểu rõ quy trình phân tích. Phương pháp định lượng cần được minh họa bằng các ví dụ thực tế để nâng cao học tập hiệu quả.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng

Việc đánh giá hiệu quả dạy học cần dựa trên kết quả thực hành và khả năng áp dụng kiến thức của sinh viên. Chất lượng giảng dạy được cải thiện khi sinh viên có thể phát triển kỹ năng và ứng dụng hóa học vào thực tế. Nghiên cứu hóa học cần được tích hợp vào chương trình để tăng tính thực tiễn.

3.1. Đánh giá kết quả

Kết quả thực hành cần được đánh giá thông qua kỹ thuật phân tích và độ chính xác của kết quả. Hiệu quả dạy học được đo lường bằng khả năng sinh viên áp dụng kiến thức vào khoa học thực nghiệm. Chuyên môn hóa học cần được nâng cao thông qua các bài tập thực tế.

3.2. Ứng dụng thực tế

Các bài thực hành cần tập trung vào ứng dụng hóa học trong các lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp và y tế. Phương pháp định lượng cần được áp dụng để phân tích các mẫu thực tế như nước, đất và thực phẩm. Giáo dục đại học cần chú trọng đến việc phát triển kỹ năng phân tích và tư duy khoa học.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chuyên ngành Hóa học Phân tích, phân tích định lượng giữ vị trí trung tâm nhằm xác định mối quan hệ định lượng giữa các thành phần của đối tượng nghiên cứu. Kết quả phân tích định lượng phục vụ trực tiếp công tác kiểm nghiệm nguyên liệu và thành phẩm trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, giám sát mẫu môi trường, phân tích lâm sàng y tế, cũng như giám định mẫu vật trong điều tra tư pháp. Do các chỉ số phân tích có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, hiệu quả kinh tế và an toàn sức khỏe của con người, các kết quả đo đạc đòi hỏi độ chính xác và tính đúng đắn cao. Do đó, việc rèn luyện kỹ năng thực hành phân tích định lượng là yêu cầu bắt buộc đối với sinh viên chuyên ngành Hóa học.

Tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, giáo trình "Thực hành phân tích định lượng" do nhóm tác giả Trần Thị Yến (Chủ biên), Ngô Tấn Lộc, Nguyễn Hiền Hoàng, Đỗ Văn Huê, Nguyễn Thị Minh Huệ và Lê Ngọc Tứ biên soạn, được đưa vào giảng dạy từ năm 2004. Qua gần một thập kỷ áp dụng, tài liệu bộc lộ hạn chế về số lượng bài thí nghiệm (chỉ gồm 9 bài), thiếu vắng một số phương pháp phân tích cơ bản như phân tích khối lượng, phương pháp chuẩn độ dicromat, đồng thời chưa cập nhật các bài thực hành phân tích mẫu thực tế có độ phức tạp cao nhằm phát triển năng lực nghiên cứu khoa học của sinh viên.

Trước yêu cầu đổi mới chương trình đào tạo theo kịp sự tiến bộ của kỹ thuật phân tích và đối chiếu với giáo trình của các trường đại học khác trong nước, đề tài "Thực trạng và một số biện pháp nâng cao hiệu quả dạy- học phần thực hành Phân tích định lượng Hóa học" được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu sau:

1. Khảo sát, đối chiếu nội dung giáo trình thực hành Phân tích định lượng của Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh với giáo trình của một số trường đại học khác tại Việt Nam.
2. Hệ thống hóa cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm hóa học và cơ sở lý thuyết của các phương pháp định lượng hóa học cơ bản.
3. Đánh giá thực trạng dạy và học phần thực hành Phân tích định lượng tại Khoa Hóa học thông qua điều tra bằng phiếu khảo sát đối với sinh viên và phân tích các bài thực hành hiện hành.
4. Đề xuất các biện pháp cụ thể nhằm nâng cao chất lượng dạy - học, bao gồm chỉnh sửa các bài thí nghiệm hiện có, xây dựng thêm các bài thực hành mới và biên tập video clip minh họa thao tác kỹ thuật.

• Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy - học học phần thực hành Phân tích định lượng Hóa học; hệ thống bài thí nghiệm trong giáo trình thực hành ban hành năm 2004 của Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về không gian: Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Về thời gian: Năm học 2012 - 2013 (khóa luận hoàn thành vào tháng 5 năm 2013).
  • Về khách thể khảo sát: 137 sinh viên thuộc các lớp Hóa K35A, K35B, K35C (sinh viên năm thứ tư) và K36C (sinh viên năm thứ ba).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa lý luận dạy học bộ môn Hóa học và lý thuyết hóa học phân tích chuyên sâu:

• Khung lý luận về thí nghiệm hóa học: Dựa trên các nghiên cứu lý luận dạy học đại học, tác giả xác định thí nghiệm là phương tiện trực quan chủ đạo, giữ vai trò nền tảng giúp sinh viên chuyển đổi giữa tư duy cụ thể và tư duy trừu tượng, đóng vai trò cầu nối kiểm chứng lý thuyết với thực tiễn sản xuất. Thí nghiệm trực tiếp giúp rèn luyện kỹ năng thao tác chuẩn xác, bảo đảm an toàn phòng thí nghiệm và hình thành các phẩm chất khoa học (cẩn thận, trung thực, chính xác) mà các phần mềm mô phỏng thí nghiệm ảo không thể thay thế hoàn toàn.
• Khung lý thuyết phân tích định lượng:
  • Lý thuyết sai số và xử lý số liệu: Sai số tuyệt đối ($\varepsilon = x_i - \mu$), sai số tương đối, sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên. Các công cụ thống kê toán học dùng trong phân tích gồm giá trị trung bình cộng ($\bar{x}$), phương sai ($S^2$), độ lệch chuẩn ($S$), khoảng tin cậy với phân phối Student ($t_\alpha$), kiểm định chuẩn Fisher ($F$) để so sánh độ lặp lại của hai phương pháp và chuẩn Student ($t$) để phát hiện sai số hệ thống.
  • Bốn nhóm phương pháp phân tích thể tích và khối lượng: Phương pháp khối lượng (kỹ thuật kết tủa, lọc, rửa tủa, sấy, nung); Phương pháp chuẩn độ axit - bazơ (cơ chế đổi màu của chỉ thị phenolphthalein, phenol đỏ, metyl da cam, bước nhảy pH và chỉ số chuẩn độ $pT$); Phương pháp chuẩn độ oxi hóa - khử (phương trình Nernst, bước nhảy thế, chỉ thị feroin, diphenylamin, axit diphenylamin sunfonic, phương pháp pemanganat, iod, dicromat); Phương pháp chuẩn độ kết tủa (chuẩn độ ion bạc và clorua, tính toán sai số chuẩn độ $q$); Phương pháp chuẩn độ tạo phức complexon (cân bằng tạo phức của axit etylendiamin tetraaxetic EDTA/Complexon III, chất tạo phức phụ, chỉ thị kim loại Eriocrom đen T, Murexit, các kỹ thuật chuẩn độ trực tiếp, ngược, thế và gián tiếp).

Về mặt phương pháp luận, tác giả sử dụng ba phương pháp nghiên cứu chính:

1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp, so sánh chương trình và giáo trình của 6 cơ sở đào tạo đại học trong nước.
2. Phương pháp điều tra xã hội học: Thiết kế phiếu khảo sát gồm 22 câu hỏi (21 câu hỏi đóng và 1 câu hỏi mở), phát ra 150 phiếu và thu về 137 phiếu hợp lệ để xử lý định lượng tỷ lệ phần trăm.
3. Phương pháp thực nghiệm hóa học: Tiến hành kiểm chứng lại các bài thực hành có sẵn trong giáo trình năm 2004 để tìm nguyên nhân sai số kỹ thuật, đồng thời tiến hành các thí nghiệm đối chứng nhằm xây dựng quy trình cho các bài thực hành đề xuất mới.

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thứ cấp từ 6 bộ giáo trình thực hành Hóa phân tích của các trường đại học; dữ liệu sơ cấp từ 137 phiếu khảo sát sinh viên Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và nhật ký thực nghiệm phòng thí nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận

Chương 1 làm rõ các khái niệm bản chất của thí nghiệm hóa học dựa trên Từ điển Tiếng Việt (NXB Khoa học Xã hội, 1992) và Đại từ điển Tiếng Việt (NXB Văn hóa Thông tin, 1999), xác định phạm vi khái niệm trong khóa luận là "thực hiện các phản ứng, quá trình hóa học". Tác giả phân tích 4 mục đích chính của việc dạy học thực hành: cung cấp phương tiện trực quan sinh động; làm cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất; rèn luyện kỹ năng thao tác máy móc, dụng cụ và tính chính xác; phát triển tư duy nghiên cứu khoa học độc lập.

Trọng tâm của chương là việc khảo sát, phân tích so sánh nội dung giáo trình thực hành Phân tích định lượng đang sử dụng tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh với 5 trường đại học khác trong nước:

Tên cơ sở đào tạo	Tên giáo trình / Năm ban hành	Số lượng bài	Đặc điểm kết cấu nội dung
ĐH Sư phạm TP. Hồ Chí Minh	Thực hành phân tích định lượng (2004)	9 bài	Gồm 5 bài axit-bazơ, 2 bài oxi hóa-khử (pemanganat, iod), 1 bài kết tủa, 1 bài complexon. Thiếu phương pháp khối lượng và phương pháp dicromat.
ĐH Sư phạm Quy Nhơn	Hướng dẫn thực hành Phân tích định lượng (2004)	14 bài	Có chuẩn độ dicromat, kiểm tra độ cứng của nước, xác định Cl⁻ bằng phương pháp Mohr, Volhard, Fajans.
ĐH Đà Lạt	Hướng dẫn thực hành Phân tích định lượng bằng các phương pháp hóa học (2002)	8 bài	Có bài riêng về sử dụng dụng cụ đo khối lượng/thể tích, có bài phương pháp phân tích khối lượng, chuẩn độ dicromat.
ĐH Công nghiệp	Thực hành Phân tích định lượng (2004)	19 bài	Thời lượng 90 giờ (5 giờ/bài). Có bài pha chế dung dịch, định lượng muối, định lượng vitamin C, hỗn hợp đa kim loại, phân tích khối lượng xác định Ba²⁺, SO₄²⁻, Fe³⁺, Mg²⁺.
ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội	Thực tập phân tích Hóa học - Phần 2: Phân tích định lượng Hóa học (2006)	30 bài	Chia 2 phần: Cơ bản (15 bài, có đủ bromat, iodat, phân tích khối lượng) và Phân tích mẫu thực tế (15 bài: gang, hợp kim inox, phân bón NPK, nước mắm, sữa, chất béo, rượu, quặng).
ĐH Bách khoa Hà Nội	Hướng dẫn thí nghiệm Hóa Phân tích (2007)	27 bài	Chú trọng phân tích khối lượng (SO₄²⁻, sắt, niken trong thép), chuẩn độ mẫu kỹ thuật (xút, đá vôi, dấm, rượu vang, thép hợp kim, nước cứng).

Từ bảng đối chiếu, tác giả rút ra nhận xét: Giáo trình hiện hành của ĐH Sư phạm TP.HCM đáp ứng được việc minh họa lý thuyết cơ bản nhưng số lượng bài còn ít, thiếu phương pháp khối lượng, thiếu phương pháp oxi hóa - khử bằng dicromat, các đối tượng phân tích chủ yếu là dung dịch đơn lẻ nhân tạo, thiếu bài thực hành phân tích trên mẫu thực tế đời sống.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp định lượng hóa học

Chương này trình bày chi tiết nguyên lý hóa học và công thức toán học của 4 nhóm phương pháp định lượng bằng công cụ hóa học:

1. Phương pháp phân tích khối lượng: Trình bày nguyên tắc tách cấu tử dưới dạng kết tủa ít tan hoặc đuổi chất bay hơi. Nêu rõ tiêu chuẩn của dạng kết tủa (độ tan bé nhất, tinh khiết, dễ lọc rửa, kích thước tinh thể lớn) và dạng cân (thành phần hóa học đúng công thức định lượng, bền nhiệt, khối lượng phân tử lớn để giảm sai số). Mô tả chi tiết kỹ thuật làm tủa từ dung dịch loãng nóng, kỹ thuật làm muồi để giảm sự hấp phụ tạp chất, phân loại giấy lọc không tro theo tiêu chuẩn quốc tế (băng xanh cho hạt mịn, băng vàng cho hạt trung bình, băng đỏ cho hạt thô/keo), dung dịch rửa tủa chứa chất điện ly (như NH₄NO₃) để tránh hiện tượng peptit hóa, cùng quy trình sấy và nung ở 600°C - 1100°C đến khối lượng không đổi trên cân phân tích chính xác đến 0,0002 g.
2. Phương pháp phân tích thể tích - Chuẩn độ axit - bazơ: Cơ chế chuyển màu của các chất chỉ thị hữu cơ: Phenolphthalein (khoảng đổi màu pH 8,0 - 10,0 từ không màu sang đỏ tím qua các dạng cấu trúc lacton, muối, quinon, cacbinol); Phenol đỏ (pH 6,4 - 8,0 từ vàng sang đỏ); Metyl da cam (pH 3,1 - 4,4 từ đỏ dạng quinon sang vàng dạng benzen). Nêu rõ công thức tính bước nhảy chuẩn độ và nguyên tắc lựa chọn chỉ thị có chỉ số chuẩn độ $pT$ trùng hoặc tiệm cận giá trị pH tại điểm tương đương.
3. Phương pháp oxi hóa - khử: Xây dựng đường cong chuẩn độ thế $E - V$ dựa trên phương trình Nernst. Trình bày cơ chế của chỉ thị oxi hóa - khử phụ thuộc vào tỷ số nồng độ giữa dạng oxi hóa và dạng khử trong dung dịch ($E = E^{0'}_{In} \pm \frac{0,060}{n}$ ở 30°C). Trình bày tính chất các chất chỉ thị: dung dịch hồ tinh bột, ion SCN⁻, Feroin ($E^0 = 1,06\text{ V}$), Diphenylamin ($E^0 = 0,76\text{ V}$ trong môi trường H₂SO₄), Axit diphenylamin sunfonic ($E = 0,84\text{ V}$ tại pH = 0).
4. Phương pháp chuẩn độ kết tủa: Thiết lập phương trình sai số chuẩn độ $q$ và đường cong biến thiên nồng độ $P(\text{Ag}^+)$ hoặc $P(\text{Cl}^-)$ dựa trên tích số tan điều kiện $K'_s = [\text{Ag}^+]'[\text{Cl}^-]'$. Khẳng định khi cho phép sai số $q = \pm 2%$, bước nhảy chuẩn độ đối xứng nằm trong khoảng từ 4 đến 6 đơn vị $P$.
5. Phương pháp chuẩn độ phức chất: Khảo sát cơ chế tạo phức của axit etylendiamin tetraaxetic (EDTA, dạng muối dinatri Complexon III - $\text{Na}_2\text{H}_2\text{Y}$) với ion kim loại theo tỷ lệ mol 1:1 ($M^{n+} + Y^{4-} \rightleftharpoons MY^{(n-4)+}$). Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số bền điều kiện $\beta'$ và bước nhảy chuẩn độ pM. Phân tích cơ chế của chỉ thị màu kim loại: Eriocrom đen T (ESIOT, đổi màu từ đỏ mận sang xanh chàm ở khoảng pH 7 - 11 khi có đệm $\text{NH}_3 + \text{NH}_4\text{Cl}$) và Murexit. Giới thiệu 4 kỹ thuật định lượng: chuẩn độ trực tiếp, chuẩn độ ngược (ứng dụng khi phản ứng tạo phức xảy ra chậm hoặc thiếu chỉ thị), chuẩn độ thế và chuẩn độ gián tiếp (ứng dụng định lượng $\text{SO}_4^{2-}$ và $\text{PO}_4^{3-}$).

Chương 3: Khảo sát thực trạng dạy- học phần thực hành Phân tích định lượng Hóa học

Tác giả tiến hành điều tra trên 137 sinh viên (gồm 35 sinh viên lớp Hóa 4A, 33 sinh viên lớp 4B, 47 sinh viên lớp 4C và 22 sinh viên lớp 3C) thông qua phiếu khảo sát 22 câu hỏi. Kết quả thống kê phản ánh thực trạng:

• Thái độ và sự chuẩn bị của sinh viên: 61,54% sinh viên thích môn học, 6,84% rất thích, 21,37% cảm thấy bình thường và 10,26% không thích. Có 40,17% sinh viên nghiên cứu kỹ tài liệu trước khi vào phòng thực hành, 55,56% chỉ xem sơ qua và 4,27% hoàn toàn không xem.
• Mức độ hài lòng và đánh giá chương trình: 52,99% hài lòng với nội dung bài thí nghiệm, 43,33% chỉ hài lòng một phần và 3,68% không hài lòng. Đánh giá về số lượng bài, có 58,97% cho rằng số bài thực hành hiện tại ở mức trung bình (mức 3/5).
• Kỹ năng hình thành qua thực hành: Tỷ lệ sinh viên khẳng định môn học giúp rèn luyện các kỹ năng cụ thể đạt mức cao: đọc thể tích buret chính xác (99,02%), hiểu rõ lý thuyết (92,45%), thao tác sử dụng dụng cụ thí nghiệm (91,51%), chuẩn bị hóa chất và tiến hành (86,01%), tư duy khoa học (85,57%), sử dụng hóa chất đúng liều lượng (83,34%).
• Thực trạng thành công ở các bài thí nghiệm hiện hành:

Tên bài thực hành trong giáo trình 2004	Tỷ lệ thành công 70-80% (%)	Tỷ lệ thành công 90-100% (%)	Đánh giá sai số / khó khăn kỹ thuật ghi nhận trong khảo sát
Bài 1: Chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh và ngược lại	23,62	76,94	Mức độ thành công cao nhất, thao tác cơ bản, bước nhảy pH lớn.
Bài 2: Chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh	25,79	74,52	Điểm tương đương ở môi trường kiềm, kiểm soát chỉ thị phenolphthalein tốt.
Bài 3: Chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh	27,56	72,39	Điểm tương đương ở môi trường axit, chuyển màu metyl da cam rõ ràng.
Bài 4: Chuẩn độ đa axit (hỗn hợp $\text{H}_3\text{PO}_4 + \text{HCl}$)	39,01	41,27	Có 2 điểm tương đương, sai số bắt đầu tăng do chuyển màu chuyển tiếp.
Bài 5: Chuẩn độ đa bazơ (hỗn hợp $\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{NaOH}$)	55,64	19,57	Bài có sai số lớn: Có 35,04% sinh viên đánh giá kết quả không chính xác; 24,83% đạt tỷ lệ thành công 50-60%.
Bài 6: Chuẩn độ oxi hóa - khử: Pemanganat (định lượng Fe)	64,18	11,52	Gặp lỗi kỹ thuật nghiêm trọng: Khi làm tủa $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$, chỉ có 4,27% thu được tủa dạng dải lụa mỏng dễ dàng; 60,43% phải làm lại nhiều lần; 35,30% hoàn toàn không thu được.
Bài 7: Chuẩn độ oxi hóa - khử: Phương pháp iod	64,05	16,29	Khó khống chế sự bay hơi của iod và thời điểm cho hồ tinh bột.
Bài 8: Chuẩn độ kết tủa	41,50	48,87	Phản ứng tạo tủa chậm, xác định điểm kết thúc chuẩn độ có độ trễ màu.
Bài 9: Chuẩn độ complexon	30,59	61,05	Khống chế pH đệm amoniac và nhận biết màu chàm của ERIOT.

• Bất cập và nhu cầu cải tiến: Nguyên nhân khiến sinh viên chưa hứng thú tập trung vào: một số bài đơn giản phải lặp lại nhiều lần (87,18%), bài khó không thu được kết quả mong muốn (80,34%), bài tập chỉ mang tính minh họa lý thuyết, ít ứng dụng thực tế (57,26%), thiếu bài thực hành hấp dẫn (52,99%). Về nhu cầu đổi mới hình thức giáo trình: 95,73% đề nghị bổ sung hình ảnh minh họa màu sắc hiện tượng; 91,45% mong muốn cung cấp clip hướng dẫn thực hành; 72,05% đề nghị có clip thao tác mẫu dụng cụ.

Chương 4: Một số giải pháp nâng cao hiệu quả dạy- học phần thực hành Phân tích định lượng Hóa học

Dựa trên số liệu khảo sát thực tế và phân tích chương trình, tác giả đề xuất 3 nhóm biện pháp kỹ thuật sư phạm:

1. Chỉnh sửa và hoàn thiện nội dung các bài thí nghiệm hiện có trong giáo trình:
   • Bài 2 (Chuẩn độ axit yếu): Bổ sung hướng dẫn chi tiết cách phát hiện màu hồng nhạt bền trong 30 giây của phenolphthalein, loại trừ ảnh hưởng của khí $\text{CO}_2$ hòa tan từ không khí.
   • Bài 3 (Chuẩn độ bazơ yếu): Chuẩn hóa thao tác nhận biết điểm chuyển màu của metyl da cam từ vàng sang hồng da cam, khắc phục tình trạng chuẩn độ quá đích.
   • Bài 5 (Chuẩn độ hỗn hợp $\text{Na}_2\text{CO}_3$ và $\text{NaOH}$ bằng $\text{HCl}$): Đưa ra quy trình điều chỉnh lượng chỉ thị và tốc độ nhỏ giọt buret tại hai điểm tương đương liên tiếp (nấc 1 dùng phenolphthalein, nấc 2 dùng metyl da cam) nhằm khắc phục tỷ lệ 35,04% sinh viên báo cáo kết quả không chính xác.
2. Đề xuất đưa thêm các bài thí nghiệm mới vào chương trình:
   • Bài đề xuất 2: "Xác định hàm lượng sắt bằng phương pháp Dicromat": Sử dụng dung dịch chuẩn kali dicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) với chỉ thị axit diphenylamin sunfonic hoặc diphenylamin. Phương pháp này thay thế cho phương pháp pemanganat, giải quyết dứt điểm lỗi kỹ thuật ở phản ứng khử $\text{Fe}^{3+}$ bằng $\text{SnCl}_2$ và tạo dải lụa calomel $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$ vốn khiến 35,30% sinh viên thất bại ở Bài 6 cũ.
   • Bài đề xuất 3: "Xác định hàm lượng vitamin C trong viên nén bằng phương pháp chuẩn độ iod": Đưa mẫu phân tích thực tế từ dược phẩm vào giảng dạy, sử dụng phản ứng oxi hóa axit ascorbic bằng dung dịch iot chuẩn với chỉ thị hồ tinh bột, giúp sinh viên gắn kết lý thuyết với phân tích mẫu đời sống.
3. Xây dựng hệ sinh thái phương tiện trực quan (Phim tư liệu minh họa): Thiết kế kịch bản và tiến hành ghi hình các đoạn phim (video clip) ngắn hướng dẫn kỹ thuật sử dụng pipet, buret, bình định mức, thao tác chuẩn độ, cùng các clip ghi lại chính xác hiện tượng đổi màu tại điểm tương đương của từng bài thực hành nhằm đáp ứng nguyện vọng của 91,45% sinh viên được khảo sát.

Kết quả và đóng góp

• Hệ thống hóa thực trạng dạy - học bằng số liệu định lượng cụ thể: Khóa luận đã cung cấp một bộ dữ liệu khảo sát thực tế từ 137 sinh viên Sư phạm Hóa học, chỉ ra chính xác các nút thắt kỹ thuật trong phòng thí nghiệm. Cụ thể, số liệu chứng minh bài thí nghiệm số 5 (hỗn hợp đa bazơ) có sai số cao nhất (35,04% sinh viên không thu được kết quả chính xác) và bài số 6 (định lượng Fe bằng pemanganat) có tỷ lệ thất bại kỹ thuật cao nhất (chỉ 4,27% sinh viên tạo được dải lụa calomel $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$ ngay lần đầu).
• So sánh toàn diện chương trình đào tạo phân tích định lượng: Công trình đã thực hiện nghiên cứu so sánh đối chiếu nội dung thực hành của ĐH Sư phạm TP.HCM với 5 cơ sở đại học lớn trên toàn quốc, chỉ ra hai khoảng trống lớn của giáo trình hiện hành: thiếu phương pháp phân tích khối lượng và thiếu các bài phân tích mẫu thực tế.
• Đóng góp về mặt giải pháp ứng dụng: Tác giả đã hoàn thiện phương án điều chỉnh quy trình cho 3 bài thực hành có sai số cao trong giáo trình cũ (Bài 2, Bài 3, Bài 5), đồng thời xây dựng quy trình chi tiết cho 2 bài thực hành mới có tính khả thi và ứng dụng thực tiễn cao: định lượng Fe bằng phương pháp Dicromat và định lượng vitamin C trong viên nén dược phẩm bằng phương pháp Iod. Đồng thời, đề xuất giải pháp trực quan hóa quy trình bằng phim tư liệu đáp ứng đúng nhu cầu của hơn 91% sinh viên.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Khảo sát thực trạng chỉ giới hạn trong phạm vi sinh viên các lớp Hóa K35 và K36 tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh trong năm học 2012 - 2013, chưa mở rộng khảo sát đối với giảng viên trực tiếp giảng dạy và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm.
  • Các giải pháp đề xuất (chỉnh sửa bài cũ, bài thí nghiệm mới và hệ thống video clip) mới dừng lại ở bước khảo sát, thiết kế quy trình thử nghiệm trong khuôn khổ khóa luận tốt nghiệp, chưa được tổ chức dạy học thực nghiệm sư phạm đại trà trên lớp học chính khóa để đo lường định lượng mức độ tiến bộ của sinh viên bằng các bài kiểm tra đối chứng.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiếp tục hoàn thiện quy trình phân tích khối lượng và bổ sung thêm các bài thực hành phân tích trên các đối tượng mẫu thực tế phức tạp hơn (như đất, nước thải, thực phẩm).
  • Triển khai số hóa đồng bộ kho dữ liệu video clip hướng dẫn thao tác kỹ thuật và tích hợp vào hệ thống tài liệu học tập điện tử của Khoa Hóa học.
  • Tổ chức thực nghiệm sư phạm trên các khóa sinh viên tiếp theo để đánh giá hiệu quả tác động của các bài thực hành cải tiến đối với kỹ năng thao tác và kết quả học tập của sinh viên.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho:

• Giảng viên bộ môn Hóa phân tích và Phương pháp dạy học Hóa học: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng về những lỗi sai, nhầm lẫn kỹ thuật và rào cản tâm lý của sinh viên khi học thực hành chuẩn độ; làm tài liệu tham khảo để điều chỉnh đề cương chi tiết môn học và cải tiến giáo trình thực hành.
• Sinh viên ngành Sư phạm Hóa học, Cử nhân Hóa học và Công nghệ Hóa học: Cung cấp hệ thống lý thuyết chuẩn tắc về kỹ thuật chuẩn độ thể tích, phân tích khối lượng, cách tính sai số và kiểm định thống kê Fisher, Student; cung cấp kinh nghiệm nhận diện các yếu tố gây sai số trong quá trình chuẩn độ axit - bazơ, oxi hóa - khử, kết tủa và complexon.
• Học viên, sinh viên thực hiện khóa luận về đổi mới phương pháp dạy học thực hành: Có thể tham khảo cấu trúc thiết kế phiếu điều tra xã hội học 22 câu hỏi và phương pháp xử lý số liệu điều tra thực trạng dạy học trong phòng thí nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình thực hành năm 2004 của Khoa Hóa học Trường ĐH Sư phạm TP.HCM có những bài nào và bộc lộ nhược điểm gì?

Giáo trình gồm 9 bài thực hành: chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh; chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh; chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh; chuẩn độ đa axit ($\text{H}_3\text{PO}_4 + \text{HCl}$); chuẩn độ đa bazơ ($\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{NaOH}$); chuẩn độ pemanganat định lượng Fe; chuẩn độ iod định lượng Cu; chuẩn độ kết tủa; và chuẩn độ complexon. Nhược điểm chính là số lượng bài còn ít, thiếu hoàn toàn phương pháp phân tích khối lượng, thiếu phương pháp chuẩn độ dicromat và thiếu các bài phân tích trên mẫu thực tế.

2. Quy mô mẫu điều tra thực trạng trong khóa luận được thực hiện như thế nào?

Khảo sát được tiến hành trong năm học 2012 - 2013 với tổng số 150 phiếu phát ra, thu về 137 phiếu hợp lệ. Cụ thể gồm 35 sinh viên lớp Hóa 4A, 33 sinh viên lớp 4B, 47 sinh viên lớp 4C (sinh viên năm 4) và 22 sinh viên lớp 3C (sinh viên năm 3) thuộc Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

3. Những bài thực hành nào trong giáo trình cũ có tỷ lệ sinh viên gặp khó khăn và sai số cao nhất?

Bài 5 (chuẩn độ hỗn hợp $\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{NaOH}$) có 35,04% sinh viên đánh giá kết quả không chính xác và chỉ 19,57% đạt mức thành công 90-100%. Bài 6 (định lượng Fe bằng pemanganat) có tỷ lệ thất bại kỹ thuật rất cao khi phản ứng tạo kết tủa $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$ dạng dải lụa mỏng chỉ có 4,27% sinh viên làm được dễ dàng, 60,43% phải làm lại nhiều lần và 35,30% hoàn toàn không thu được dải lụa.

4. Tác giả đã đề xuất đưa thêm những bài thí nghiệm cụ thể nào vào giáo trình?

Tác giả đề xuất 2 bài thực hành mới:

• Bài 2 mới: "Xác định hàm lượng sắt bằng phương pháp Dicromat" (dùng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ thay thế phương pháp pemanganat để loại bỏ lỗi kỹ thuật khi tạo tủa calomel).
• Bài 3 mới: "Xác định hàm lượng vitamin C trong viên nén bằng phương pháp chuẩn độ iod" (đưa mẫu dược phẩm thực tế vào chuẩn độ thể tích).

5. Sinh viên được khảo sát có nguyện vọng gì về việc đổi mới hình thức giáo trình?

Có 95,73% sinh viên mong muốn giáo trình bổ sung hình ảnh minh họa màu sắc và hiện tượng biến đổi tại điểm tương đương; 91,45% sinh viên đề nghị được cung cấp các đoạn phim (video clip) hướng dẫn thực hành để dễ quan sát; và 72,05% đề nghị có clip hướng dẫn thao tác chuẩn đối với các dụng cụ đo lường trong phòng thí nghiệm.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Lại Thị Kim Biên đã phản ánh toàn diện thực trạng dạy và học phần thực hành Phân tích định lượng tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh thông qua số liệu điều tra thực chứng từ 137 sinh viên. Trên cơ sở so sánh với chương trình đào tạo của 5 trường đại học trong nước và phân tích nguyên nhân sai số ở các bài thí nghiệm cũ, công trình đã đề xuất các giải pháp khả thi gồm chỉnh sửa 3 bài thực hành có sai số lớn, bổ sung 2 bài thí nghiệm mới gắn liền với thực tế và xây dựng hệ thống video clip minh họa kỹ thuật thao tác. Đây là công trình nghiên cứu nghiêm túc, cung cấp nhiều cứ liệu khoa học và tài liệu tham khảo giá trị cho việc nâng cao chất lượng đào tạo thực hành hóa phân tích trong nhà trường sư phạm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Khái niệm thí nghiệm hóa học [15] Thí nghiệm: Theo từ điển Tiếng Việt Nhà xuất bản khoa học xã hội 1992 thì thí nghiệm có hai nghĩa. Nghĩa thứ nhất: “Gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh”. Nghĩa thứ hai: “làm thử để rút kinh nghiệm”.

Theo đại từ điển Tiếng Việt Nhà xuất bản Văn hóa thông tin 1999 thì thí nghiệm là: “Làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh”. Trong đề tài nghiên cứu này khái niệm thí nghiệm được giới hạn trong một phạm vi hẹp hơn là “thực hiện các phản ứng, quá trình hóa học” 1. Mục đích của việc thực hành thí nghiệm[13- 15]  Thí nghiệm là phương tiện trực quan Thí nghiệm là nền tảng của việc dạy học hóa học. Thí nghiệm là phương tiện trực quan chính yếu, được dùng phổ biến và giữ vai trò quyết định trong quá trình dạy học hóa học.

Nó giúp sinh viên chuyển từ tư duy cụ thể sang tư duy trừu tượng và ngược lại. Khi làm thí nghiệm sinh viên sẽ làm quen được với các chất hóa học và trực tiếp nắm bắt các tính chất lí, hóa của chúng. Mỗi hóa chất thường có một màu sắc khác nhau như màu vàng lục, lục nhạt, xanh lục, xanh lá, xanh ve,…nếu sinh viên không quan sát trực tiếp thì không thể nào hình dung được các màu sắc đó như thế nào. Thực hành thí nghiệm cho sinh viên có cơ hội để nhận thức và nhận ra những ví dụ thực hành của các chất đã đề cập trong lý thuyết, một điều quan trọng là sinh viên Hóa học phải thấy một số các phản ứng.

Vì vậy, mục đích quan trọng của công việc thí nghiệm là để sinh viên thực hành khảo sát quá trình phản ứng của các chất.  Thí nghiệm là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn Có thể nói quá trình nhận thức của học sinh, sinh viên là một quá trình nhận thức độc đáo. Độc đáo là ở chỗ họ luôn nhận thức được cái đúng. Những tri thức mà họ tiếp nhận đã được các nhà khoa học, giáo dục miệt mài nghiên cứu, đúc kết từ 3 thực nghiệm.

Song không phải những lý thuyết đưa ra đều được sinh viên chấp nhận dễ dàng. Sẽ thật là thú vị nếu bản thân họ chứng minh được những lý thuyết mà họ được học là đúng dù rằng đó là công việc mà những nhà nghiên cứu trước đây đã làm. Đối với bộ môn hóa học, thực hành thí nghiệm sẽ giúp cho sinh viên sáng tỏ những vấn đề lý thuyết đưa ra. “Học đi đôi với hành” – với ý nghĩa đó thực hành thí nghiệm giúp sinh viên ôn tập và kiểm tra lại các vấn đề lí thuyết đã học, trên cơ sở đó hiểu sâu sắc và nắm vững những nội dung cơ bản trong giáo trình lý thuyết.

Nhiều thí nghiệm rất gần gũi với đời sống, với các quy trình công nghệ. Chính vì vậy, thí nghiệm giúp sinh viên vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống. Khi quan sát các thí nghiệm sinh viên ghi nhớ lại các thí nghiệm, nếu sinh viên gặp lại hiện tượng trong tự nhiên hay trong quy trình công nghệ, sinh viên sẽ hình dung lại kiến thức cũ và giải thích được hiện tượng một cách dễ dàng. Từ đó sinh viên phát huy tính tích cực, sáng tạo và vận dụng kiến thức nhạy bén trong những trường hợp khác nhau.

 Rèn luyện khả năng thực hành Trong tất cả các thí nghiệm khoa học, đặc biệt là thí nghiệm về hóa học, nếu không cẩn thận sẽ gây nguy hiểm có khi dẫn đến tử vong.