Xây dựng và sử dụng bài tập hóa học nâng cao trong dạy học THCS - Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục

Luận văn thạc sĩ về phương pháp xây dựng bài tập hóa học nâng cao cho học sinh THCS. Nghiên cứu kỹ thuật dạy học hiệu quả nâng cao chất lượng giáo dục.

• Tác giả: Nguyễn Thành Huy
• Người hướng dẫn: PGS. Cao Cự Giác
• Trường học: Đại học Vinh
• Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học hóa học
• Đề tài: Xây dựng và sử dụng các dạng bài tập hóa học nâng cao trong dạy học ở trường trung học cơ sở
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Vinh

Tóm tắt

I. Tổng quan về bài tập hóa học nâng cao trong dạy học ở trường trung học cơ sở

Bài tập hóa học nâng cao đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường trung học cơ sở. Các bài tập này không chỉ giúp học sinh củng cố kiến thức cơ bản mà còn phát triển tư duy phân tích, tổng hợp và sáng tạo. Nghiên cứu của Nguyễn Thành Huy (2012) chỉ ra rằng việc xây dựng hệ thống bài tập hóa học nâng cao cần dựa trên cơ sở lý luận về phương pháp dạy học tích cực và phát triển tư duy học sinh. Bài tập nâng cao đòi hỏi khả năng tư duy toán học song song với khả năng quan sát, nhận thức các hiện tượng hóa học tự nhiên. Sự kết hợp hai khả năng này giúp học sinh tránh được nhận thức khoa học cứng nhắc, phiến diện. Đồng thời, bài tập hóa học nâng cao còn mang ý nghĩa giáo dục sâu sắc, rèn luyện cho học sinh tính kiên trì, cẩn thận và tinh thần hợp tác trong học tập. Đây là công cụ hữu hiệu để nâng cao chất lượng giáo dục hóa học ở cấp trung học cơ sở.

1.1. Khái niệm và vai trò của bài tập hóa học nâng cao

Bài tập hóa học nâng cao là những bài tập được thiết kế vượt chuẩn chương trình, đòi hỏi học sinh vận dụng kiến thức tổng hợp từ nhiều lĩnh vực khác nhau. Vai trò của bài tập nâng cao thể hiện ở bốn khía cạnh chính: ý nghĩa trí dục giúp phát triển tư duy logic, ý nghĩa phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề, ý nghĩa giáo dục hình thành phẩm chất học tập, và ý nghĩa kiểm tra đánh giá năng lực học sinh toàn diện. Bài tập nâng cao giúp phân hóa đối tượng học sinh, tạo điều kiện cho học sinh giỏi phát huy năng lực.

1.2. Cơ sở lý luận xây dựng bài tập hóa học nâng cao

Cơ sở lý luận xây dựng bài tập hóa học nâng cao dựa trên ba trụ cột chính. Thứ nhất là phương hướng đổi mới phương pháp dạy học tích cực, nhấn mạnh tính tự giác và tự lực của học sinh trong quá trình học tập. Thứ hai là lý thuyết về tư duy và phát triển tư duy, bao gồm các giai đoạn phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa và khái quát hóa. Thứ ba là tiến trình giải bài tập hóa học, từ việc hiểu đề bài, phân tích dữ kiện đến lựa chọn phương pháp giải tối ưu. Ba yếu tố này tạo nền tảng vững chắc cho việc thiết kế bài tập chất lượng cao.

II. Phân tích thực trạng và vấn đề bài tập hóa học nâng cao ở trường trung học cơ sở

Thực tế giảng dạy hóa học ở trường trung học cơ sở cho thấy nhiều hạn chế trong việc sử dụng bài tập hóa học nâng cao. Phần lớn giáo viên vẫn tập trung vào các bài tập cơ bản, thiếu hệ thống bài tập nâng cao phù hợp với năng lực học sinh. Học sinh thường gặp khó khăn khi đối mặt với bài tập đòi hỏi tư duy tổng hợp, đặc biệt khi phải kết hợp kiến thức hóa học với tư duy toán học. Nhiều học sinh có khả năng tư duy toán học tốt nhưng thiếu khả năng quan sát, nhận xét các hiện tượng hóa học, dẫn đến nhận thức khoa học cứng nhắc và toán học hóa các sự kiện hóa học. Ngược lại, học sinh có khả năng quan sát tốt nhưng tư duy toán học yếu cũng gặp không ít trở ngại. Việc thiếu hụt tài liệu bài tập hóa học nâng cao được biên soạn hệ thống, có phân loại theo mức độ tư duy là nguyên nhân chính khiến chất lượng dạy học chưa đạt kỳ vọng.

2.1. Hạn chế trong cách tiếp cận bài tập hóa học hiện tại

Cách tiếp cận bài tập hóa học truyền thống ở trường trung học cơ sở tồn tại nhiều bất cập. Giáo viên thường sử dụng bài tập theo khuôn mẫu, thiếu sự phân hóa theo năng lực học sinh. Bài tập chủ yếu yêu cầu áp dụng công thức trực tiếp mà không đòi hỏi tư duy phân tích sâu. Học sinh giải bài tập theo thói quen máy móc, không hình thành kỹ năng tư duy độc lập. Ngoài ra, việc thiếu liên hệ giữa lý thuyết và thực tiễn khiến bài tập trở nên khô khan, giảm hứng thú học tập của học sinh. Cần thay đổi cách tiếp cận toàn diện để nâng cao hiệu quả dạy học.

2.2. Yêu cầu phát triển tư duy học sinh qua bài tập nâng cao

Phát triển tư duy học sinh qua bài tập hóa học nâng cao đòi hỏi sự kết hợp hài hòa giữa hai khả năng cốt lõi. Khả năng tư duy toán học cho phép học sinh lập hệ phương trình, tính toán chính xác và tìm lời giải tối ưu. Khả năng quan sát nhận thức giúp học sinh hiểu bản chất hiện tượng hóa học, nhận diện quy luật và đưa ra nhận xét sắc bén. Thiếu một trong hai khả năng này, học sinh khó trở thành người học giỏi thực sự. Bài tập nâng cao phải được thiết kế để rèn luyện đồng thời cả hai năng lực, tạo nền tảng tư duy toàn diện cho học sinh trung học cơ sở.

III. Phương pháp xây dựng và sử dụng bài tập hóa học nâng cao hiệu quả

Phương pháp xây dựng bài tập hóa học nâng cao cần tuân thủ nguyên tắc từ đơn giản đến phức tạp, từ cơ bản đến nâng cao. Trước hết, giáo viên thiết kế bài tập tương đối đơn giản yêu cầu học sinh phân tích dữ kiện đề bài, nhận diện các chất tham gia và sản phẩm. Tiếp theo, bài tập được nâng dần mức độ phức tạp bằng cách tăng số lượng chất,引入 ẩn số và yêu cầu kết hợp nhiều phương trình phản ứng. Việc áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố là kỹ năng then chốt. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh quy trình giải bài tập hệ thống: hiểu đề, phân tích, lập phương trình, tính toán và kiểm tra kết quả. Sử dụng bài tập nâng cao trong dạy học đòi hỏi phương pháp sư phạm linh hoạt, biết phân hóa đối tượng và tạo động lực học tập cho từng nhóm học sinh. Bài tập nên gắn liền với thực tiễn để tăng tính hấp dẫn và ý nghĩa giáo dục.

3.1. Nguyên tắc thiết kế bài tập hóa học nâng cao

Thiết kế bài tập hóa học nâng cao cần đảm bảo bốn nguyên tắc cơ bản. Nguyên tắc thứ nhất là tính phân hóa, bài tập phải có nhiều cấp độ từ nhận biết, thông hiểu đến vận dụng và vận dụng cao. Nguyên tắc thứ hai là tính hệ thống, các bài tập liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành chuỗi kiến thức logic. Nguyên tắc thứ ba là tính thực tiễn, bài tập nên lấy bối cảnh từ đời sống thực tế để tăng hứng thú học tập. Nguyên tắc thứ tư là tính phát triển, bài tập phải kích thích tư duy sáng tạo, rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề mới cho học sinh trung học cơ sở.

3.2. Các dạng bài tập nâng cao và cách áp dụng trong dạy học

Các dạng bài tập hóa học nâng cao được phân loại dựa trên nội dung và mức độ tư duy. Dạng thứ nhất là bài tập về phản ứng oxi hóa khử, đòi hỏi học sinh xác định số oxi hóa và cân bằng phương trình. Dạng thứ hai là bài tập hỗn hợp nhiều chất tác dụng với một chất hoặc với hỗn hợp khác, yêu cầu lập hệ phương trình phức tạp. Dạng thứ ba là bài tập áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để tìm khối lượng chất chưa biết. Mỗi dạng bài tập cần được giới thiệu từ ví dụ đơn giản, sau đó nâng dần độ phức tạp để học sinh tiếp cận dần.

IV. Kết luận và ứng dụng bài tập hóa học nâng cao trong thực tiễn giảng dạy

Nghiên cứu về xây dựng và sử dụng bài tập hóa học nâng cao trong dạy học ở trường trung học cơ sở đã chỉ ra hiệu quả đáng kể trong việc nâng cao chất lượng giáo dục hóa học. Hệ thống bài tập được thiết kế khoa học giúp học sinh phát triển toàn diện tư duy logic, kỹ năng phân tích và khả năng giải quyết vấn đề phức tạp. Kết quả thực nghiệm cho thấy học sinh được tiếp cận bài tập nâng cao có tiến bộ rõ rệt trong kết quả học tập và hứng thú với môn hóa học. Bài tập hóa học nâng cao còn giúp giáo viên đánh giá chính xác năng lực học sinh, từ đó điều chỉnh phương pháp dạy phù hợp.Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới cho việc biên soạn tài liệu dạy học hóa học ở cấp trung học cơ sở. Các dạng bài tập nâng cao có thể tích hợp vào chương trình chính khóa hoặc sử dụng trong hoạt động bồi dưỡng học sinh giỏi, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện.

4.1. Kết quả đạt được từ việc sử dụng bài tập hóa học nâng cao

Việc sử dụng bài tập hóa học nâng cao trong dạy học đạt được nhiều kết quả tích cực. Học sinh phát triển được khả năng tư duy toán học và khả năng quan sát nhận thức hiện tượng hóa học song song. Kỹ năng phân tích đề bài, lập hệ phương trình và tìm lời giải tối ưu được cải thiện đáng kể. Học sinh biết cách áp dụng định luật bảo toàn để giải quyết bài toán phức tạp một cách sáng tạo. Đặc biệt, hứng thú học tập môn hóa học tăng lên rõ rệt khi học sinh được thử thách với bài tập có tính tư duy cao. Kết quả kiểm tra đánh giá cho thấy điểm số trung bình của học sinh được cải thiện.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong tương lai

Hướng phát triển của bài tập hóa học nâng cao trong dạy học ở trường trung học cơ sở tập trung vào ba lĩnh vực chính. Thứ nhất là mở rộng hệ thống bài tập theo từng chuyên đề, đảm bảo tính toàn diện và hệ thống. Thứ hai là ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế và sử dụng bài tập, tạo môi trường học tập tương tác hấp dẫn. Thứ ba là đào tạo giáo viên về phương pháp xây dựng và khai thác bài tập nâng cao hiệu quả. Nghiên cứu cũng đề xuất tích hợp bài tập nâng cao vào chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi, góp phần phát hiện và bồi dưỡng nhân tài trong lĩnh vực khoa học tự nhiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề: Al sẽ tác dụng với dung dịch nào? Giải quyết vấn đề bằng cách tiến hành thí nghiệm, HS nhận xét, rút ra kết luận về tính chất thứ hai của nhôm. Các hình thức cơ bản của tư duy 1. Khái niệm Khái niệm là một tư tưởng phản ánh những dấu hiệu bản chất riêng biệt của sự vật, hiện tượng. Khái niệm có vai trò quan trọng trong tư duy, nó là điểm xuất phát, là công cụ và cũng là đích của tư duy.

Khái niệm được xây dựng trên cơ sở thao tác tư duy, làm điểm dựa cho tư duy phân tích, tổng hợp, là cơ sở để đào sâu kiến thức, đi sâu vào bản chất và xây dựng khái niệm mới. Khái niệm bao gồm nội hàm và ngoại diên. Nếu nội hàm sai thì ngoại diên cũng sai. Thí dụ: Khái niệm “nguyên tử” là hạt vật chất nhỏ trung hoà về điện.

Nguyên tử gồm hạt nhân tích điện dương (p,n) và vỏ tạo bởi một hay nhiều electron mang điện tích âm. Nguyên tử Na, K, Fe, Cl… đều là ngoại diên của khái niệm nguyên tử. Nếu không chú ý khái niệm nguyên tử trung hoà về điện thì dễ nhầm lẫn với các ion cũng là hạt vật chất nhỏ được cấu tạo từ proton, nơtron, electron. Vì thế, khi truyền thụ kiến thức, giáo viên phải biết phát hiện những hạn chế trong phân chia khái niệm để xây dựng phương pháp tư duy đúng đắn cho học sinh.

Phán đoán Phán đoán là sự tìm hiểu tri thức về mối quan hệ giữa các khái niệm, sự phối hợp giữa các khái niệm thực hiện theo một quy tắc, quy luật bên trong. Nếu khái niệm là một từ hay một cụm từ thì phán đoán là một câu ngữ pháp. Ví dụ: phân tử, 21 nguyên tử là các khái niệm thì phán đoán là “phân tử do các nguyên tử liên kết với nhau tạo nên”. Như vậy, phán đoán chính là hình thức mở rộng đi sâu vào tri thức trên việc liên kết các khái niệm.

Phán đoán chân thực hay không tuỳ thuộc khái niệm chân thực hay không và còn phụ thuộc liên kết có đúng quy tắc, quy luật bên trong hay không. Ví dụ: Tất cả dung dịch các axit đều làm cho quỳ tím ngả sang màu đỏ. Khái niệm axit là khái niệm chân thực. Phán đoán này không chân thực mặc dù “axit” chân thực.

Muốn có phán đoán chân thực phải có khái niệm chân thực và quy tắc, quy luật bên trong. Phán đoán có phán đoán khẳng định và phán đoán phủ định. Trong logic, phán đoán gồm phán đoán đơn và phán đoán phức. Tính chân thực hay giả dối của phán đoán còn phụ thuộc vào hình thức diễn đạt của nó và hoàn cảnh cụ thể.

Cho nên, để có sự khẳng định chân thực hay giả dối, toàn bộ các phán đoán phải đặt trong các trường hợp cụ thể. Ví dụ: “Điều kiện để phản ứng trao đổi trong dung dịch các chất chỉ xảy ra nếu sản phẩm tạo thành có chất dễ bay hơi hoặc không tan”. Là một phán đoán sai như các trường hợp: CO2 + H2O + Ca(NO3)2 /  CaCO3↓ + 2HNO3 H2SO3 + Ca(NO3)2 /  CaSO3↓ + 2HNO3 Nhưng nó là phán đoán chân thực khi dung dịch axit tham gia phản ứng phân ly mạnh (hoàn toàn) trong nước. H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 (r) + 2HCl Từ đó đi đến một phán đoán chân thực hơn: “Axit mạnh đẩy axit yếu ra khỏi dung dịch muối”.

Nhưng đây lại là một phán đoán sai trong trường hợp cụ thể: CuS + H2SO4 (l)  /  CuSO4 + H2S ↑, mà chỉ có thể xảy ra trong trường hợp ngược lại. Vì vậy, chỉ có phán đoán đúng khi xét sự điện ly: Phản ứng trao đổi trong dung dịch các chất điện li xảy ra theo chiều làm giảm số ion có mặt trong dung dịch. Tóm lại, trong quá trình tư duy, người ta phải luôn chứng minh để khẳng định hoặc phủ định các luận điểm khác nhau để tiếp cận chân lý. Suy lý 22 Suy lý là hình thức suy nghĩ liên hệ các phán đoán với nhau để tạo thành một phán đoán mới.

Như vậy, suy lý gồm 2 bộ phận: + Phán đoán có trước gọi là tiền đề. + Phán đoán có sau gọi là kết luận; dựa vào tính chất của tiền đề mà kết luận. Ta thấy, muốn suy lý tốt phải dựa trên cơ sở tiền đề chân thực và phải thông qua quá trình chứng minh; đó là quy tắc của suy lý không được vi phạm. Suy lý được chia làm 3 loại: suy lý quy nạp, diễn dịch và loại suy.

- Suy lý quy nạp là đi từ những sự vật, hiện tượng riêng biệt đến khái quát thành quy luật, những nét chung của chúng. Do đó, trong quá trình tư duy, sự suy nghĩ theo lối quy nạp chuyển từ nhận thức riêng lẻ đến việc nhận thức cái chung, là cơ sở nhận thức các định luật, hình thành các khái niệm. Phương pháp này được áp dụng nhiều trong giảng dạy hoá học ở học sinh các lớp 8, 9 khi nghiên cứu tính chất hoá học chung của các kim loại, phi kim, các loại hợp chất vô cơ và hữu cơ (quy nạp đơn cử) hoặc hình thành các khái niệm phản ứng oxi hoá – khử, phản ứng thế, hoá hợp… - Suy lý diễn dịch là phương pháp đi từ cái chung, các định luật, các quy tắc đến cái cụ thể, riêng lẻ. Suy lý diễn dịch cho phép chúng ta nắm chắc được đặc tính của từng đối tượng trên cơ sở nghiên cứu các đối tượng cùng loại.

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong dạy học hoá học, ví dụ khi dạy về Al, Fe ở lớp 9; kim loại nhóm IA, IIA, Al, Fe ở lớp 12 sau khi học sinh đã học đại cương về kim loại. - Loại suy là phương pháp tư duy đi từ riêng biệt này đến riêng biệt khác. Loại suy cho phép chúng ta dự đoán chính xác sự phụ thuộc và sự hiểu biết của các đối tượng. Khi đã hiểu được thuộc tính cơ bản của đối tượng này sẽ loại suy được chính xác đối tượng khác.

Ví dụ: Chương halogen chỉ chú trọng giới thiệu về clo. Các halogen khác có thể biết được bằng phương pháp loại suy. Phát triển tư duy của học sinh trong dạy học hoá học Sự phát triển tư duy nói chung được dựa trên sự rèn luyện thành thạo và vững chắc các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá, trừu tượng hoá, cụ thể hoá…kết hợp các phương pháp tư duy là quy nạp, diễn dịch và loại suy. 23 Trong dạy học hoá học, bài tập hoá học là phương tiện cơ bản để rèn luyện các thao tác tư duy đồng thời hiểu kiến thức một cách sâu sắc, vận dụng kiến thức một cách linh hoạt và hiệu quả.

Nói chung, các bài tập hoá học đều có khả năng rèn luyện tư duy nhưng tốt hơn cả là những bài tập nhằm rèn luyên khả năng suy luận. Vì vậy, giáo viên hoá học phải biết sử dụng chọn lọc bài tập trong việc giảng dạy bài mới, củng cố kiến thức cũng như khi kiểm tra đánh giá kiến thức. Để làm tốt nhiệm vụ phát triển tư duy, giáo viên cần phải đánh giá được trình độ phát triển tư duy của học sinh và xác định được những phẩm chất, năng lực quan trọng nhất của một học sinh giỏi hoá học. Đánh giá trình độ phát triển tư duy của học sinh Thực chất của việc đánh giá trình độ phát triển tư duy của học sinh là: - Đánh giá khả năng nắm vững những cơ sở khoa học bộ môn một cách tự giác, tích cực, tự lực và sáng tạo; đánh giá mức độ hiểu, nhớ, vận dụng và vận dụng thành thạo.

- Đánh giá trình độ phát triển năng lực nhận thức và năng lực thực hành trên cơ sở của quá trình nắm vững kiến thức. Căn cứ vào chất lượng của quá trình lĩnh hội và kết quả lĩnh hội được, có thể chia làm 4 mức độ nắm vững kiến thức, khái niệm, kỹ năng, kỹ xảo: trình độ tìm hiểu (nhận ra kiến thức), trình độ tái hiện (thông báo về đối tượng theo trí nhớ hay ý nghĩa), trình độ kỹ năng (kiến thức kỹ năng và kiến thức kỹ xảo), trình độ biến hoá (vận dụng kiến thức vào tình huống đã bị biến đổi). - Đánh giá việc nắm vững kiến thức các loại bài học (bài học nghiên cứu tài liệu mới, bài thực hành, bài hoàn thiện kiến thức, kỹ năng, bài kiểm tra, đánh giá) theo 4 trình độ tương ứng có 4 trình độ thao tác: Bắt chước theo mẫu; phát huy sáng kiến; tích hợp (vừa tìm hiểu, tái hiện và vừa biến hoá) và đổi mới hay sáng tạo (không hoàn toàn lệ thuộc vào mẫu, sáng tạo ra quy trình hoàn toàn mới). Ở mỗi trình độ thao tác ở trên lại có thể phân thành 3 mức: làm thử theo mẫu; làm đúng và thể hiện sự khéo léo, thành thạo; tự động hoá.

Năng khiếu hoá học. Những phẩm chất và năng lực quan trọng nhất của một học sinh giỏi hoá học * Năng khiếu hoá học 24 Trong thực tế, nhiều học sinh thi đại học có điểm thi rất cao nhưng trong các kỳ thi học sinh giỏi tỉnh hoặc thi quốc gia lại đạt kết quả rất thấp; hoặc nhiều học sinh đạt học sinh giỏi bộ môn dự thi vào các lớp năng khiếu nhưng kết quả lại bị điểm 2, điểm 3. Vấn đề không phải là ở khối lượng hay mức độ kiến thức mà là ở “năng khiếu hoá học”. Hiện nay, năng khiếu hoá học chưa có tài liệu nào kết luận thống nhất về nó.

Theo ý kiến chúng tôi, năng khiếu hoá học bao gồm 2 mặt chủ yếu là: - Khả năng tư duy toán học. - Khả năng quan sát, nhận thức và nhận xét các hiện tượng tự nhiên, lĩnh hội và vận dụng tốt các khái niệm, định luật hoá học. Hai khả năng này song song với nhau, thiếu một trong hai khả năng này thì khó trở thành học sinh giỏi thực sự. Nếu học sinh có khả năng tư duy toán học tốt, nhưng không có khả năng quan sát, nhận xét, nhận thức các quy luật, hiện tượng hoá học dễ dẫn đến nhận thức khoa học cứng nhắc, phiến diện và toán học hoá các sự kiện, hiện tượng hoá học.

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 30,5g hỗn hợp A gồm bột các kim loại Al, Fe, Cu, Ag trong không khí thu được 42,5g hỗn hợp B. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp B bằng dung dịch H2SO4 25,8% (D = 1,14g/ml). Tính thể tích tối thiểu dung dịch H2SO4 20% đủ để hoà tan hỗn hợp B.