Phát triển năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề cho học sinh THPT qua việc sử dụng thí nghiệm Hóa học

90 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H NỘI PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH THPT QUA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM HÓA HỌC Phạm Văn Hoan1(1), Hoàng Đình Xuân2 1Trường Đại học Thủ đô Hà Nội 2Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội Tóm tắt: Dạy học theo hướng phát triển năng lực của người học đã và đang trở thành một xu thế tất yếu trong giáo dục hiện nay. Một trong những năng lực quan trọng cần hình thành và phát triển cho học sinh Trung học phổ thông là năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Sử dụng bài tập hoá học có nội dung thực tiễn trong dạy học hóa học là một biện pháp có hiệu quả trong việc phát triển cho học sinh Trung học phổ thông là năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề. Sử dụng, khai thác có hiệu quả các thí nghiệm Hóa học theo hướng nghiên cứu cũng là một biện pháp hữu hiệu phát triển cho học sinh Trung học phổ thông năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề. Bài viết trình bày việc sử dụng một số thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải có khả năng tư duy, vận dụng kiến thức đã học một cách linh hoạt, sáng tạo góp phần đáng kể cho việc nâng cao năng lực của học sinh. Từ khóa: năng lực, năng lực vận dụng kiến thức, thí nghiệm Hóa học, học sinh THPT. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình dạy học Hóa học, thí nghiệm là một công cụ rất hữu ích giúp học sinh minh họa kiến thức, kiểm chứng những dự đoán về mặt lí thuyết, cũng là một công cụ giúp phát triển năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết những vấn đề thực tiễn gặp phải. Thí nghiệm Hóa học cung cấp cho học sinh kiến thức, con đường giành lấy kiến thức và còn mang lại niềm vui sướng của sự phát hiện, của việc vận dụng kiến thức giải quyết được vấn đề gặp phải [4]. (1) Nhận bài ngày 04.08.2016; gửi phản biện và duyệt đăng ngày 20.08.2016 Liên hệ tác giả: Phạm Văn Hoan; Email: pvhoan@daihocthudo.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 7/2016 91 2. NỘI DUNG 2.1. Năng lực vận dụng kiến thức của học sinh Trung học phổ thông “Năng lực vận dụng kiến thức là khả năng của bản thân người học tự giải quyết những vấn đề đặt ra một cách nhanh chóng và hiệu quả bằng cách áp dụng kiến thức đã lĩnh hội vào những tình huống, những hoạt động thực tiễn để tìm hiểu thế giới xung quanh và có khả năng biến đổi nó. Năng lực vận dụng kiến thức thể hiện phẩm chất, nhân cách của con người trong qua trình hoạt động để thoả mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức” [1]. Từ khái niệm trên, người có năng lực vận dụng kiến thức (NLVDKT) có khả năng tiếp cận, nhận thức được vấn đề trong nội dung bài học, trong bài tập hóa học có liên quan với thực tiễn. Về thái độ, người có NLVDKT sẽ tích cực tham gia các hoạt động học tập theo hướng tích cực để đạt hiệu quả nhất (ghi chép, đưa ra câu hỏi và tuân thủ các hoạt đồng theo yêu cầu...). Đặc biệt, người có NLVDKT phải là người biết phát hiện vấn đề, tìm được cách giải quyết vấn đề có trong nội dung bài học, trong các vấn đề học tập có nội dung liên quan với thực tiễn, biết quan sát các hiện tượng thí nghiệm, thực tiễn đời sống và sử dụng những kiến thức, kĩ năng hóa học để giải thích những sự vật, hiện tượng trong đời sống, trong sản xuất và môi trường xung quanh. Để phát triển NLVDKT, người học phải biết thu thập và xử lí thông tin, trình bày kết quả một vấn đề cần tìm hiểu trong thực tiễn và nêu được phương hướng giải quyết vấn đề (GQVĐ) đó bằng những kiến thức, kĩ năng hóa học. Để vận dụng được kiến thức vào những vấn đề thực tiễn, người học phải có khả năng điều chỉnh một cách linh hoạt những kiến thức đã học (sơ đồ, quy trình làm việc, cơ chế phản ứng, đặc điểm cấu tạo phân tử,...) cho phù hợp với thực tế. Ngoài ra, người học cần biết đưa ra những phương pháp, cách thức làm việc mới, phù hợp dựa trên cơ sở những kiến thức đã được học, biết dự đoán kết quả, kiểm tra và kết luận, đánh giá và tự đánh giá kết quả và có những đề xuất để hoàn thiện. 2.2. Biện pháp phát triển năng lực vận dụng kiến thức thông qua thí nghiệm Hóa học Để phát triển NLVDKT cho học sinh (HS), nên sử dụng kết hợp hệ thống các biện pháp. Đầu tiên, phải hình thành cho HS một hệ thống kiến thức cơ bản vững vàng, sâu sắc. Đó là hình thành các khái niệm, các định luật, các tính chất, các quy luật... Đây là tiền đề quyết định đến sự phát triển của NLVDKTGQVĐ. Tiếp đó là rèn luyện cho HS năng lực tư duy logic, chính xác. Thông qua các thao tác tư duy (quan sát, phân tích, tổng hợp...) và dựa vào bản chất của vấn đề, HS sẽ tìm ra cách giải quyết ngắn gọn, sáng tạo. Để đề xuất được cách giải quyết vấn đề thì năng lực tư duy khái quát tốt về các môn học là rất cần thiết. Năng lực khái quát cao là khả năng phát hiện những nét chung, bản 92 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H NỘI chất của nhiều vấn đề, nhiều đối tượng... để đưa vấn đề đó về một kiểu nhất định. Khi giải bài tập hoá học, khả năng khái quát thể hiện ở chỗ HS biết phân dạng bài tập hoá học và biết tìm phương pháp giải chung cho từng dạng bài [3, tr.5]. Khi tiến hành thí nghiệm Hóa học, người học cần quan sát một cách cẩn thận các hiện tượng, gắn kết, liên hệ các hiện tượng thí nghiệm với tính chất hóa học và liên hệ với đặc điểm cấu tạo phân tử của các chất, gắn với các nhóm chức cụ thể. Để tìm được cách giải quyết vấn đề, học sinh phải có khả năng độc lập suy nghĩ. Khi đó, học sinh biết tự đặt ra vấn đề, giải quyết vấn đề, kiểm tra cách giải quyết vấn đề, không thoả mãn với những cái có sẵn, luôn luôn tìm ra cách giải quyết mới ngay cả trong các vấn đề quen thuộc. Học sinh cần nhớ kĩ đặc điểm của chất hữu cơ “trong cùng điều kiện, phản ứng của chất hữu cơ có thể xảy ra theo nhiều hướng khác nhau, do đó có thể sinh ra nhiều sản phẩm khác nhau”. Mỗi loại nhóm chức có những tính chất đặc trưng, và ngược lại, một số tính chất hóa học sẽ thể hiện cho một hoặc một số nhóm chức hóa học cụ thể. Một điều nữa cần chú ý là sự biến đổi cấu tạo phân tử trong điều kiện cụ thể của môi trường xung quanh. 2.3. Một số thí nghiệm được sử dụng để phát triển cho học sinh THPT năng lực vận dụng kiến thức Trong chương trình giáo dục THPT, số thí nghiệm Hóa học được thực hiện không nhiều do những khó khăn về cơ sở vật chất cũng như quan điểm của những người xây dựng chương trình. Nếu sử dụng một cách hợp lý các thí nghiệm này cũng có thể góp phát triển cho học sinh năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề. Đối với các thí nghiệm về Hóa Hữu cơ, việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề thường được xuất phát từ dự đoán, thực nghiệm và giải thích các kết quả, hiện tượng thí nghiệm. Điều này liên quan đến vốn kiến thức của HS về cấu tạo phân tử, liên kết hóa học và thực tiễn hóa học. Việc tiến hành thí nghiệm theo hướng nghiên cứu sẽ góp phần tích cực trong việc phát triển cho học sinh NLVDKT để giải quyết vấn đề. Trường hợp 1. Dự đoán các sản phẩm sinh ra trong một phản ứng hóa học Khi tiến hành thí nghiệm của metan với clo, ngoài sản phẩm chính là metyl clorua CH3Cl, có thể yêu cầu HS dự đoán các sản phẩm hữu cơ khác có thể được sinh ra. Trên cơ sở phân tích đặc điểm cơ chế phản ứng thế này, HS có thể phát hiện được vấn đề: Bản chất của phản ứng thế gốc là sự phân cắt liên kết C-H trong phân tử metan theo kiểu đồng li tạo ra gốc tự do. Như vậy, trong phân tử metyl clorua vẫn còn 3 liên kết C-H cũng có thể bị phân cắt đồng li, do đó có thể bị thế các nguyên tử H này. Từ đó có thể dự đoán các sản phẩm hữu cơ khác như CH2Cl2, CHCl3,.. TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 7/2016 93 Trường hợp 2. Giải thích khả năng phản ứng của các chất Thí nghiệm 1. Axetilen và etilen tác dụng với brom. Đối với thí nghiệm etilen và axetilen tác dụng với brom trong dung dịch lại có thể khai thác trực tiếp trên cơ sở quan sát các hiện tượng thí nghiệm. Về mặt hình thức, do liên kết ba có mật độ electron cao hơn liên kết đôi, do đó có thể suy đoán rằng axetilen sẽ phản ứng với brom nhanh hơn etilen. Tuy nhiên, khi quan sát thí nghiệm HS thấy kết quả ngược lại: axetilen làm mất màu brom chậm hơn etilen ở trong cùng điều kiện. Điều này mâu thuẫn với dự đoán. Thí nghiệm 2. Axetilen và etilen tác dụng với dung dịch thuốc tím. Một hiện tượng tương tự xảy ra khi cho axetilen và etilen tác dụng với dung dịch thuốc tím (dung dịch KMnO4). Theo dự đoán như trên, khi sục khí axetilen vào dung dịch thuốc tím thì sự nhạt màu của dung dịch sẽ xảy ra nhanh hơn khi sục khí etilen. Nhưng thực tế là ngược lại. Các hiện tượng thí nghiệm trên buộc HS phải suy nghĩ để tìm cách giải thích thực tế thí nghiệm này. Có tính chất trên, HS phải suy nghĩ theo khía cạnh khác: Từ khái niệm phản ứng hóa học, theo đó, là quá trình phá vỡ liên kết hóa học cũ và hình thành liên kết hóa học mới. Như vậy, axetilen phản ứng với brom hoặc thuốc tím chậm hơn etilen là do độ bền liên kết ba trong phân tử axetilen lớn hơn liên kết đôi trong phân tử etilen. Trường hợp 3. Sự khác biệt về tính chất và đặc điểm cấu tạo phân tử Thí nghiệm cho benzen vào nước brom: Về đặc điểm cấu tạo, có thể thấy, phân tử benzen có 3 liên kết đôi xen kẽ 3 liên kết đơn nên có tính liên hợp tương tự như buta-1,3- đien. Tuy nhiên, khi cho vào nước brom, benzen lại không có phản ứng cộng brom như buta-1,3-đien. Điều này buộc HS phải suy nghĩ theo hướng tìm sự khác biệt về đặc điểm cấu tạo phân tử giữa 2 chất này. Chính sự khác biệt về đặc điểm cấu tạo phân tử (benzen mạch vòng, buta-1,3-đien mạch hở) là nguyên nhân của sự khác biệt về tính chất. Điều đó cũng giúp giáo viên phân tích để HS dự đoán được tính chất hóa học của các chất phân tử có chứa đồng thời vòng benzen và nhóm liên kết đôi, liên kết ba, thí dụ vinylbenzen C6H5CH=CH2, phenylaxetilen C6H5C≡CH. Thí nghiệm phân biệt glucozơ và fructozơ: Một vấn đề nảy sinh trong thực tế là phân biệt glucozơ và fructozơ bằng thực nghiệm. Theo đặc điểm cấu tạo phân tử, glucozơ có chức anđehit trong khi đó frutozơ có chức xeton, nên có thể dùng tính chất tráng bạc của andehit để phân biệt với xeton. Tuy nhiên, khi thực hiện thí nghiệm thì cả 2 chất đều có phản ứng tráng bạc. Đây là điều mâu thuẫn với kiến thức của học sinh và buộc họ phải suy nghĩ tìm cách giải quyết vấn đề. Đối với glucozơ thì không có gì khó hiểu, nhưng với 94 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H NỘI fructozơ thì lại hoàn toàn khác. Kết quả thí nghiệm chứng tỏ phân tử fructozơ khi trong dung dịch muối bạc / amoniac đã xuất hiện nhóm chức anđehit (gây nên phản ứng tráng bạc). Điều này chỉ có thể lí giải khi có sự chuyển nhóm chức xeton thành nhóm chức anđehit. Đối với học sinh, không đòi hỏi phải nêu được cơ chế của quá trình biến đổi này. Thí nghiệm về tính bazơ của anilin: Khi nghiên cứu về anilin, học sinh có thể thấy rằng anilin là amin bậc I do đó sẽ có tính bazơ tương tự amoniac, thí dụ dung dịch làm xanh giấy quỳ tím, tác dụng với dung dịch một số muối sinh ra kết tủa hidroxit kim loại. Tuy nhiên, thực tế không phải như vậy. Vấn đề học sinh cần đặt ra là nguyên nhân gây nên tính bazơ là gì (do mật độ electron trên nguyên tử N) và tại sao anilin lại có tính bazơ yếu như vậy (không làm đổi màu quỳ tím thành xanh). So sánh với amoniac và các amin mạch hở, anilin khác ở chỗ nguyên tử N của nhóm NH2 liên kết với vòng benzen. Điều này chứng tỏ vòng benzen đã làm giảm mật độ electron trên nguyên tử N. 3. KẾT LUẬN Qua các kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm bằng những bài kiểm tra đánh giá kiến thức và bảng kiểm quan sát đánh giá NLVDKT của HS, bước đầu có thể khẳng định việc tăng cường sử dụng thí nghiệm Hóa học theo hướng nghiên cứu thực sự có tác dụng rất tốt đến việc hình thành và phát triển cho HS THPT NLVDKT để giải quyết vấn đề. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2005), Phát triển năng lực thông qua phương pháp và phương tiện dạy học mới, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Dự án phát triển giáo dục THPT, Tài liệu Hội thảo tập huấn. 2. Nguyễn Đức Dũng, Hoàng Đình Xuân (2013), “Rèn luyện và phát triển năng lực vận dụng kiến thức cho học sinh trung học phổ thông qua hệ thống bài tập hóa học hữu cơ có nội dung thực tiễn”, Tạp chí Giáo dục, số 7/2003. 3. Nguyễn Đức Dũng, Hoàng Đình Xuân (2016), “Sử dụng một số dạng bài tập Hóa học Hữu cơ để phát triển năng lực vận dụng kiến thức cho học sinh Trung học phổ thông”, Tạp chí Khoa học, Đại học Sư phạm Hà Nội, số tháng 7/2016. 4. Nguyễn Cương (2007), Phương pháp dạy học hóa học ở trường phổ thông và Đại học. Một số vấn đề cơ bản, Nxb Giáo dục Việt Nam. 5. Đào Việt Hùng, Đặng Thị Oanh, “Vận dụng dạy học dự án phần Hóa học Phân tích cho sinh Trường Đại học Nông Lâm (Đại học Thái Nguyên) (2016), “Góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức”. Tạp chí Khoa học, Đại học Sư phạm Hà Nội, số tháng 7/2016. TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 7/2016 95 DEVELOPING PUPILS’ APPLICATION CAPACITY AT HIGH SCHOOLS TO SOLVE PRATICAL PROBLEMS THROUGH CHEMICAL EXPERIMENT Abstract: Today, teaching towards developing the capacity of learners has become an inevitable trend in education. One of the critical capacities of the formation and development of high schools’ pupils is the ability to apply their knowledge to solve practical problems. Using chemical exercises with practical content in teaching chemistry is an effective measure to develop pupils’ capacity at high school. Using and exploiting effectively of chemical experiments towards research are also effective methods which support high schools’ pupils to apply their knowledge to solve problems. The paper presents the use of some experiments that requires students’ thinking ability, flexible and creative application contributing significantly to the pupils’ capacity improvement. Keywords: capacity; capacity application; chemical experiment; high schools’ pupils.