Xây dựng bài toán nhận thức phần hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học Phổ thông - Đặng Trần Xuân

HNUE JOURNAL OF SCIENCE DOI: 10.18173/2354-1075.2017-0150 Educational Sci., 2017, Vol. 62, Iss. 9, pp. 45-58 This paper is available online at XÂY DỰNG BÀI TOÁN NHẬN THỨC PHẦN HÓA HỌC PHI KIM LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1Đặng Trần Xuân, 2Đặng Thị Oanh 1Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội 2Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt.Năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ), là một trong những năng lực cốt lõi quan trọng của học sinh phổ thông. Có thể sử dụng nhiều biện pháp và PPDH tích cực khác nhau trong dạy học nói chung và dạy học môn Hóa học nói riêng để góp phẩn phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh. Trong bài viết này chúng tôi đề cập đến nguyên tắc, quy trình xây dựng bài toán nhận thức (BTNT); Phân tích NLGQVĐ được phát triển thông qua các BTNT cụ thể phần Hóa học phi kim lớp 10 để từ đó xây dựng thang đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thông qua bài toán nhận thức. Từ khóa:Năng lực; Năng lực giải quyết vấn đề; Bài toán nhận thức; Thang đánh giá năng lực giải quyết vấn đề. 1. Mở đầu Trong dự thảo “Chương trình tổng thể” (4-2017) của Bộ GD và ĐT đã đề xuất các năng lực chung mà học sinh (HS) phổ thông cần được hình thành và phát triển đó là: “Năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo” [1]. Trong dạy học nói chung và dạy học môn Hóa học nói riêng, GV có thể sử dụng các biện pháp và PPDH tích cực khác nhau để góp phần phát triển năng lực cho HS. Bài toán nhận thức (BTNT) trong dạy học Hóa học có những đặc điểm phù hợp, góp phần phát triển năng lực cho HS, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ). Một số nghiên cứu về phát triển năng lực GQVĐ thông qua dạy học ở trường phổ thông như: đề xuất cấu trúc năng lực GQVĐ của HS phổ thông [7]; xây dựng công cụ đánh giá năng lực GQVĐ của HS phổ thông [8]; Phát triển năng lực GQVĐ thông qua dạy học Hóa học có thể sử dụng những biện pháp khác nhau [10] như: thông qua chủ đề dạy học tích hợp [3] ; Sử dụng dạy học theo góc và theo hợp đồng [6]; sử dụng dạy học dự án [12]; Phát triển năng lực GQVĐ thông qua sử dụng bài tập hóa học trong dạy học [2]; sử dụng bài tập định hướng phát triển năng lực dạy học [13] hay sử dụng bài tập phân hóa [11];. . . Về vấn đề phát triển năng lực GQVĐ thông qua bài toán nhận thức, theo [4] tác giả đã trình bày khái niệm BTNT, nguyên tắc, quy trình xây dựng BTNT, xây dựng một số BTNT khi nghiên cứu bài mới ở Chương Hiđrocacbon no Hóa học Ngày nhận bài: 1/6/2017. Ngày nhận đăng: 2/9/2017 Liên hệ: Đặng Trần Xuân, e-mail: xuandt@hanoiedu.vn 45 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh 11 Nâng cao. Các BTNT này đã được áp dụng để sử dụng khi dạy các bài mới tại một số trường THPT. Qua đó, tác giả đã phân tích và cho thấy việc xây dựng và sử dụng BTNT trong dạy học hóa học là một giải pháp quan trọng để phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh. Tuy nhiên, trong công trình này tác giả chưa phân tích được các BTNT này góp phần phát triển năng lực GQVĐ như thế nào. Cũng về vấn đề này, trong [5] tác giả đã trình bày vấn đề sử dụng một số BTNT phần hóa học hữu cơ lớp 11 NC trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề. Tuy nhiên trong nghiên cứu này tác giả cũng chưa đề cập cụ thể đến việc phân tích BTNT góp phần phát triển năng lực GQVĐ như thế nào, chưa đề cập đến việc xây dựng thang đánh giá NLGQVĐ thông qua việc sử dụng BTNT. Trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi trình bày vấn đề: Xây dựng bài toán nhận thức phần hóa học phi kim nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THPT và việc xây dựng thang đánh giá năng lực GQVĐ thông qua việc phân tích cụ thể qua các BTNT. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Khái niệm và cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề 2.1.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề Đến nay có rất nhiều cách diễn đạt khác nhau về khái niệm năng lực của các tổ chức và cá nhân trong và ngoài nước. Theo Tổ chức các nước kinh tế phát triển OECD thì:“Năng lực là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” [15]. Theo quan điểm của các nhà tâm lí học “Năng lực là sự tổng hợp những thuộc tính của cá nhân con người, đáp ứng những yêu cầu của hoạt động và đảm bảo cho hoạt động đạt được những kết quả cao” [14]. Theo [1],“Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,...thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể ” Vậy năng lực GQVĐ là gì? “Năng lực GQVĐ là khả năng của một cá nhân hiểu và giải quyết tình huống vấn đề khi mà giải pháp giải quyết chưa rõ ràng. Nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào giải quyết tình huống vấn đề đó – thể hiện tiềm năng là công dân tích cực và xây dựng” [9]. 2.1.2. Cấu trúc của năng lực GQVĐ Nhìn chung, số lượng cũng như tên các thành tố của năng lực GQVĐ có phần khác biệt giữa các chuyên gia, tổ chức giáo dục, tùy thuộc vào cách tiếp cận năng lực. Mặc dù vậy hầu như vẫn dựa theo quy trình GQVĐ của Polya. Bảng 1 là các thành tố do Polya và tổ chức PISA đề xuất. Bảng 1. Cấu trúc các thành tố năng lực GQVĐ của Poly, PISA Polya (1973) PISA (2003 & 2012) Tìm hiểu vấn đề Hấp thụ kiến thức Tìm hiểu và khám phá vấn đề Lập kế hoạch Mô tả và hình thành chiến lược Thực hiện kế hoạch Vận dụng kiến thức Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp Rà soát, kiểm tra Giám sát, xem xét Một số các tác giả khác đề xuất năng lực GQVĐ được đề xuất với 4 năng lực thành phần đó là: 46 Xây dựng bài toán nhận thức phần Hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực... a) Phát hiện và làm rõ vấn đề b) Đề xuất giải pháp; c) Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp d) Đánh giá và phản ánh giải pháp 2.2. Bài toán nhận thức 2.2.1. Khái niệm Lí luận dạy học coi sử dụng bài toán là một phương pháp dạy học cụ thể. Nó được áp dụng thường xuyên và phổ biến ở các cấp học và các loại trường khác nhau. Bài toán được sử dụng ở tất cả các khâu của quá trình dạy học: Nghiên cứu tài liệu mới, củng cố, vận dụng, kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo. Bài toán nhận thức là bài toán chưa có sẵn algorit giải, phải tìm tòi, tự lực. Bài toán này là phương pháp chính yếu, chủ đạo của phương pháp dạy học giải quyết vấn đề. Bài toán nhận thức chứa đựng một vấn đề cần giải quyết với những điều kiện hay thông số cho trước. Theo [4],“Bài toán nhận thức trong dạy học là một hệ thông tin xác định chứa đựng mâu thuẫn, bao gồm cái đã biết và cái chưa biết có mối quan hệ chưa tường minh với nhau, mà phải bằng những hoạt động tích cực, tìm tòi, nghiên cứu phép giải mới để giải quyết vấn đề, khi đó HS không chỉ lĩnh hội được tri thức mới, mà cả sự tự tin, niềm vui sướng của sự nhận thức mới” 2.2.2. Nguyên tắc xây dựng BTNT Xây dựng và sử dụng BTNT để dạy học nhằm hai mục đích quan trọng: một là HS sẽ tiếp thu một cách tự giác hệ thống tri thức mới thông qua quá trình dạy học ; hai là giúp HS biết cách tìm ra những con đường mới để khám phá tri thức thông qua đó để phát triển năng lực HS. Trên cơ sở lý luận về nhận thức, lý luận về phát triển năng lực, mục đích, yêu cầu của chương trình giáo dục, yêu cầu sư phạm và những đặc điểm riêng biệt của BTNT, theo [4], [5] những nguyên tắc chính để thiết kế BTNT sau đây : + BTNT phải chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, chứa đựng tri thức mới + Đảm bảo tính chính xác của các nội dung kiến thức hoá học + Đảm bảo tính vừa sức, tính linh hoạt của BTNT + Đảm bảo phát triển năng lực của HS, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo + Đảm bảo mục tiêu của chương trình và chuẩn kiến thức, kĩ năng. 2.2.3. Quy trình xây dựng BTNT Dựa vào quy trình chung để xây dựng bài toán, trên cơ sở những đặc điểm của BTNT, quy trình chung xây dựng bài toán nhận thức mới trong dạy học hoá học gồm 4 bước sau đây: Bước 1. Xác định tri thức mà HS đã biết và tri thức cần hình thành trong BTNT – Xác định tri thức HS đã biết. – Xác định tri thức mới cần hình thành cho HS để xây dựng lên BTNT. Bước 2. Xây dựng (hoặc xác định) mâu thuẫn nhận thức cơ bản, đảm bảo vừa sức giải quyết đối với HS. Bước 3. Xây dựng BTNT Chọn các dữ kiện xuất phát (từ những kiến thức HS đã biết, từ hình ảnh, tranh vẽ, thí nghiệm 47 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh từ SGK) phù hợp với trình độ HS để tạo mâu thuẫn trong nhận thức với (cái chưa biết) yêu cầu đặt ra của BTNT. Bước 4. Kiểm tra lại tính chính xác, khoa học, theo các tiêu chí của BTNT (Nếu làm tốt 3 bước trên thì bước này sẽ tự được hoàn thiện). 2.3. Phân tích quy trình xây dựng một số BTNT thông qua phần hóa học phi kim 2.3.1. Trên cơ sở các nguyên tắc và quy trình xây dựng BTNT đã nêu ra ở trên, chúng tôi phân tích một số ví dụ cách xây dựng BTNT như sau Ví dụ 1: Giải thích hiện tượng xảy ra khi dẫn CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 Bước 1. Xác định tri thức mà HS đã biết và tri thức cần hình thành trong BTNT – Kiến thức HS đã biết: + Oxit axit tác dụng dung dịch bazơ tạo sản phẩm muối và nước. + Dung dịch muối tác dụng dung dịch bazơ tạo sản phẩm muối mới và bazơ mới. + Nhiệt phân muối kém bền tạo oxit kim loại. – Kiến thức mới cần hình thành + Muối axit tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra muối trung hòa và nước. + Muối axit bị nhiệt phân tạo muối trung hòa. + PTHH: Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 + 2NaOH→ CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O Bước 2. Xác định mâu thuẫn nhận thức + Học sinh đã được học khi cho oxit axit tác dụng dung dịch bazơ tạo sản phẩm muối và nước, nhưng sau khi lọc bỏ kết tủa CaCO3 thì trong dung dịch vẫn còn muối axit Ca(HCO3)2 nên khi đun nóng muối này lại tạo ra kết tủa. + Muối tác dụng dung dịch kiềm lại không tạo ra bazơ mới mà tạo ra muối mới và nước. Bước 3. Xây dựng BTNT Dẫn một lượng khí CO2 vào dung dịch chứa Ca(OH)2 thu được chất kết tủa A, lọc bỏ kết tủa, nếu đun nóng phần dung dịch nước lọc lại thấy xuất hiện kết tủa A; còn nếu đem dung dịch nước lọc đó tác dụng dung dịch NaOH dư thi cũng thu được chất kết tủa A. Giải thích các hiện tượng xảy ra và viết các PTHH minh họa Bước 4. Kiểm tra lại + Dẫn CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 thu được chất kết tủa do xảy ra phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O + Đun nóng có chất kết tủa xuất hiện do dung dịch còn có muối axit Ca(HCO3)2: 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O + Khi thêm dung dịch kiềm tạo ra chất kết tủa do xảy ra phản ứng: Ca(HCO3)2 + 2NaOH→ CaCO3 ↓ + Na2CO3 + 2H2O Ví dụ 2: Dẫn 2,24 lít khí SO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch H2S x mol/lít thấy phản ứng xảy 48 Xây dựng bài toán nhận thức phần Hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực... ra vừa đủ và thu được m gam chất kết tủa màu vàng. Tìm giá trị của x và m. Bước 1. Xác định tri thức mà HS đã biết và tri thức cần hình thành trong BTNT – Kiến thức HS đã biết: + H2S là 1 axit yếu, SO2 là 1 oxit axit. – Kiến thức mới cần hình thành + H2S ngoài tính axit yếu còn có tính khử mạnh, SO2 ngoài tính chất của oxit axit còn có tính oxi hóa và tính khử. + PTHH: 2H2S + SO2 → 3S ↓ + 2H2O Bước 2. Xác định mâu thuẫn nhận thức H2S là 1 axit yếu, SO2 là 1 oxit axit, theo kiến thức được học thì oxit axit không phản ứng với axit, nhưng khi dẫn khí SO2 vào dung dịch H2S thì thấy có chất kết tủa màu vàng xuất hiện. Chứng tỏ đã có phản ứng hóa học xảy ra. Bước 3. Xây dựng BTNT Dẫn 2,24 lít khí SO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch H2S x mol/lít thấy phản ứng xảy ra vừa đủ và thu được m gam chất kết tủa màu vàng. Tìm giá trị của x và m. Bước 4. Kiểm tra lại + PTHH: 2H2S + SO2 → 3S ↓ + 2H2O nH2S = 0,2 mol⇒ x = 1 M. nS = 0,3 mol⇒ m = 0,3.32 = 9,6 gam. Ví dụ 3. Phản ứng của FeBr2 với H2SO4 đặc nóng Bước 1. Xác định tri thức mà HS đã biết và tri thức cần hình thành trong BTNT – Kiến thức HS đã biết: + HBr là một axit của halogen, có tính chất tương tự HCl. + FeBr2 là muối bromua tan, hóa trị của sắt chưa cao nhất. + Phản ứng điều chế HCl từ NaCl và H2SO4 đặc nóng. – Kiến thức mới cần hình thành + Ngoài tính axit như HCl thì HBr còn có tính khử mạnh. + HBr bị H2SO4 đặc oxi hóa thành Br2. + PTHH: 6H2SO4 + 2FeBr2 → Fe2(SO4)3 + 2Br2 ↑ + 3SO2 ↑ + 6H2O Bước 2. Xác định mâu thuẫn nhận thức + HS đã được học khi cho axit H2SO4 đặc tác dụng với muối NaCl thu được khí HCl, nhưng ở đây lại tạo ra Br2 và SO2. + Do HBr có tính khử mạnh hơn HCl, có thể bị H2SO4 đặc oxi hóa thành Br2 đồng thời tạo sản phẩm khử là khí SO2. Bước 3. Xây dựng BTNT Cho m gam FeBr2 tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được 1,68 lít khí SO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Viết PTHH xảy ra, giải thích sự tạo thành các sản phẩm oxi hóa, khử và xác định giá trị của m theo hai cách khác nhau. Bước 4. Kiểm tra lại 49 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh PTHH: 6H2SO4 + 2FeBr2 → Fe2(SO4)3 + 2Br2 ↑ + 3SO2 ↑ + 6H2O (1) Giải thích các sản phẩm oxi hóa khử: do H2SO4 có tính oxi hóa mạnh nên có khả năng oxi hóa Fe2+ thành muối sắt (III) là (Fe2(SO4)3 và Br− thành Br2, đồng thời S+6 trong H2SO4 sẽ bị khử thành S+4 (tạo SO2). Tính toán: nSO2 = 0,075 mol Cách 1: Theo PT (1) nFeBr2 = 2/3 nSO2 = 0,05 mol⇒ m = 0,05.216 = 10,8 gam Cách 2: Theo ĐLBT e: FeBr2 −→ Fe3+ + Br2 + 3e |S6+ + 2e −→ S5+ 0,05 0,15 0,15 0,075 m = 0,05.216 = 10,8 gam. Ví dụ 4. Giải thích vì sao nước Ja-ven có khả năng tẩy trắng vải sợi và cho biết vì sao trên thực tế người ta dùng clorua vôi nhiều hơn nước Ja-ven? Bước 1. Xác định tri thức mà HS đã biết và tri thức cần hình thành trong BTNT – Kiến thức HS đã biết: + Khả năng tẩy trắng của các chất oxi hóa mạnh. + Thành phần của nước Ja-ven, clorua vôi. – Kiến thức mới cần hình thành + PTHH điều chế nước Ja-ven, clorua vôi. + Giải thích tính oxi hóa của nước Ja-ven, clorua vôi. + PTHH: Cl2 + 2NaOH→ NaCl + NaClO + H2O Ca(OH)2 + Cl2 → CaOCl2 + H2O Bước 2. Xác định mâu thuẫn nhận thức + Axit HClO có tính axit rất yếu, nhưng lại có tính oxi hóa mạnh nên có tính tẩyt trắng. + Các muối của axit HClO lại có tính oxi hóa mạnh, tẩy trắng. + Cùng là muối của HClO, nhưng thường sử dụng clorua vôi nhiều hơn nước gia-ven. Bước 3. Xây dựng BTNT Giải thích vì sao nước Ja-ven có khả năng tẩy trắng vải sợi và cho biết vì sao trên thực tế người ta dùng clorua vôi nhiều hơn nước Ja-ven? Bước 4. Kiểm tra lại + Axit HClO có tính oxi hóa mạnh do có Cl+1 là mức oxi hóa kém bền của clo, dễ nhận e tạo thành Cl−1. Các muối của HClO sẽ tạo cân bằng với CO2 trong dung dịch (do tính axit H2CO3 > HClO): CO2 + H2O + ClO− HClO + HCO3− Trong không khí có CO2, clorua vôi tác dụng với CO2 giải phóng HClO nên có ứng dụng tương tự nước Gia-ven. 2CaOCl2 + CO2 + H2O→ CaCO3 + CaCl2 + 2HClO + Cùng là muối của HClO, nhưng tại sao lại dùng clorua vôi nhiều hơn nước Ja-ven. So với nước Ja-ven, clorua vôi rẻ tiền hơn, hàm lượng hipoclorit cao hơn, dễ bảo quản và chuyên chở hơn nên được sử dụng nhiều hơn. 50 Xây dựng bài toán nhận thức phần Hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực... BT này giúp HS hiểu rõ tính chất hóa học đặc trưng của nước Ja- ven và clorua vôi là tính oxi hóa mạnh. 2.3.2. Phân tích các biểu hiện của NLGQVĐ thông qua BTNT Từ cấu trúc năng lực GQVĐ ở trên, dựa vào đặc điểm của BTNT, chúng tôi đề xuất NLGQVĐ thông qua BTNT gồm bốn thành tố là: Tìm hiểu vấn đề và phát hiện vấn đề; Thiết lập không gian vấn đề và hình thành giả thuyết; Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp GQVĐ; Đánh giá giải pháp GQVĐ, rút ra kết luận. Mỗi thành tố bao gồm một số hành vi của cá nhân khi làm việc độc lập hoặc khi làm việc nhóm trong quá trình giải quyết vấn đề: a) Tìm hiểu vấn đề của BTNT: phân tích làm rõ vấn đề; xác định, giải thích các dữ kiện ban đầu, dữ kiện trung gian và yêu cầu của BTNT; Phát biểu vấn đề. b) Thiết lập không gian vấn đề: lựa chọn, sắp xếp các dữ kiện đã cho với kiến thức đã học có liên quan; xác định thông tin trung gian qua các dữ kiện của BTNT; Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT; đề xuất giả thuyết; xác định cách thức, quy trình, giải pháp giải quyết; c) Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp GQVĐ d) Đánh giá giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận: đánh giá giải pháp GQVĐ đã thực hiện; phản ánh, suy ngẫm về giải pháp đã thực hiện; đánh giá, xác nhận những kiến thức và kinh nghiệm thu nhận được; đề xuất giải quyết cho những vấn đề tương tự. Dưới đây chúng tôi sẽ phân tích các biểu hiện của NLGQVĐ cho HS thông qua BTNT đã xây dựng ở trên: Ví dụ 1: Dẫn một lượng khí CO2 vào dung dịch chứa Ca(OH)2 thu được chất kết tủa A, lọc bỏ kết tủa, nếu đun nóng phần dung dịch nước lọc lại thấy xuất hiện kết tủa A; còn nếu đem dung dịch nước lọc đó tác dụng dung dịch NaOH dư thì cũng thu được chất kết tủa A. Giải thích các hiện tượng xảy ra và viết các PTHH minh họa. Các biểu hiện của NLGQVĐ Phân tích các biểu hiện của NLGQVĐ thông qua BTNT a) Tìm hiểu vấn đề của BTNT: Dữ kiện ban đầu của BT - Dẫn một lượng khí CO2 vào dung dịch chứa Ca (OH)2 thu được chất kết tủa A, lọc bỏ kết tủa. Dữ kiện trung gian - nếu đun nóng phần dung dịch nước lọc lại thấy xuất hiện kết tủa A - Nếu đem dung dịch nước lọc đó tác dụng dung dịch NaOH dư thu được kết tủa A Yêu cầu của BTNT; Giải thích các hiện tượng xảy ra,viết các PTHH Phát biểu vấn đề. Phần nước lọc gồm những chất nào? Tại sao chất đó khi đun nóng lại tạo ra chất kết tủa A và khi cho tác dụng với NaOH lại tạo ra chất kết tủa A. 51 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh b) Thiết lập không gian vấn đề: - Lựa chọn, sắp xếp các dữ kiện đã cho với kiến thức đã học có liên quan để giải thích các dữ kiện HS xác định và giải thích các thông tin, dữ kiện ban đầu đã cho: Dữ kiện 1: CO2 là một oxit axit tác dụng dung dịch Ca(OH)2 là một bazơ sẽ tạo sản phẩm muối và nước, vậy chất kết tủa A sẽ là muối không tan (CaCO3) Dữ kiện 2: lọc bỏ kết tủa, nếu đun nóng phần dung dịch nước lọc lại thấy xuất hiện kết tủa A (vậy chất A này cũng vẫn là muối CaCO3 không tan) Dữ kiện 3: đem dung dịch nước lọc đó tác dụng dung dịch NaOH dư thì cũng thu được chất kết tủa A (vẫn là muối CaCO3 không tan) Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT; đề xuất giả thuyết dựa vào các dữ kiện trung gian Ở dữ kiện (1) xác định được chất A là CaCO3. Dựa vào dữ kiện 2 phần nước lọc đun nóng lên lại tạo ra kết tủa A là CaCO3, vậy trong phần nước lọc là chất nào? Xác định cách thức, quy trình, đề xuất giải pháp giải quyết; Phần nước lọc ngoài nước có thể tạo ra một muối tan mà muối tan đó khi nhiệt phân tạo ra kết tủa CaCO3 ; muối tan đó tác dụng với bazơ (NaOH) sẽ tạo ra muối mới và bazơ mới ( trong đó có chất kết tủa A là CaCO3); Vậy muối đó là muối axit Ca(HCO3)2 c) Lập kế hoạchGQVĐ và thực hiện việc GQVĐ Giải thích và viết các PTHH : + Dẫn CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 thu được chất kết tủa do xảy ra phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + Đun nóng có chất kết tủa xuất hiện do dung dịch còn có muối axit Ca(HCO3)2: 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 Khi có đun nóng: Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O + Khi thêm dịch kiềm tạo ra chất kết tủa do xảy ra phản ứng: Ca(HCO3)2 + 2NaOH→ CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O d) Đánh giá giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận: Giải pháp GQVĐ trên đã giải thích được các dữ kiện của BTNT trên; Qua BT này cần lưu ý với trường hợp khí CO2 khi tác dụng với bazơ sẽ tạo ra 2 muối là muối trung hòa và muối axit tùy theo số mol CO2 tham gia vào phản ứng. Dùng các phương trình (PT) phân tử để giải thích, minh họa cho các hiện tượng thì dài nhưng do HS lớp 10 chưa học về PT ion, sau này khi học sinh học đến PT ion thì BT này có thể giải quyết ngắn gọn hơn bằng các PT ion rút gọn. Ví dụ 2: Đốt 3,24 gam nhôm trong bình đựng khí clo, sau phản ứng thu được 11,76 gam chất rắn khan. Cho toàn bộ lượng chất rắn thu được tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, sau phản ứng thu được m gam chất kết tủa. Tìm giá trị của m. a) Tìm hiểu vấn đề: nhận biết vấn đề; xác định, giải thích các dữ kiện ban đầu và trung gian, xác định mấu chất với vấn đề; Phát biểu vấn đề; HS đọc đề bài tìm hiểu BT nhận thấy BT có 2 dữ kiện: Dữ kiện 1: khối lượng Al đem phản ứng với clo, khối lượng chất rắn thu được HS xác định và giải thích các thông tin, dữ kiện ban đầu đã cho: 52 Xây dựng bài toán nhận thức phần Hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực... + Từ khối lượng Al chuyển sang số mol Al đem phản ứng. + Xác định trong chất rắn thu được có thành phần chứa AlCl3, tính được số mol ion Cl- và lượng Al đã phản ứng tạo AlCl3, tính được số mol Al còn dư. Dữ kiện 2: Khi cho chất rắn tác dụng dung dịch AgNO3 thì ngoài phản ứng của AgNO3 với AlCl3 thi còn có phản ứng của Al với AgNO3. Phát biểu vấn đề: Sản phẩm tạo ra khi cho Al tác dụng Cl2 là gì? Khi cho chất rắn thu được tác dụng với dung dịch AgNO3 xảy ra những quá trình nào? Thành phần chất kết tủa thu được gồm những chất nào? Tính khối lượng của mỗi chất kết tủa. b) Thiết lập không gian vấn đề: lựa chọn, sắp xếp các dữ kiện đã cho với kiến thức đã học có liên quan; xác định thông tin trung gian qua các dữ kiện của BTNT; Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT; đề xuất giả thuyết; xác định cách thức, quy trình, giải pháp giải quyết; ở dữ kiện (1) xác định được sản phẩm là AlCl3, thành phần chất rắn còn Al dư. Dựa vào dữ kiện (2) khi cho chất rắn tác dụng với AgNO3 thì ngoài phản ứng tạo kết tủa AgCl còn có phản ứng nào? Phần muối AlCl3 sẽ phản ứng với AgNO3 như thế nào, phần Al còn dư trong chất rắn sẽ phản ứng với AgNO3 nh thế nào? Đề xuất giả thuyết dựa vào các dữ kiện trung gian: Phần chất rắn khi tác dụng với AgNO3 thu được chất kết tủa là AgCl, ngoài ra kim loại Al sẽ phản ứng với dung dịch AgNO3 tạo ra chất kết tủa Ag. c) Lập kế hoạch GQVĐ và thực hiện việc GQVĐ Viết các PTHH khi cho Al tác dụng Cl2: 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3; Dùng định luật bảo toàn khối lượng để tính được khối lượng clo phản ứng, từ đó tính được: nCl2phnng = 0,12 mol, nAlphnng = 0,08 mol, nFed = 0,04 mol. + Khi cho chất rắn tác dụng dung dịch AgNO3 phản ứng: 3AgNO3 + AlCl3 → 3AgCl ↓ + Al(NO3)3 3AgNO3 + Al→ 3Ag ↓ + Al(NO3)3 Do nAld = 0,04 mol và nAlCl3 = 0,08 mol nên phản ứng xong thu được 0,24 mol AgCl và 0,12 mol Ag. + Từ số mol các chất phản ứng, tính được số mol, khối lượng của các chất kết tủa AgCl, Ag. d) Đánh giá giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận: Giải pháp GQVĐ trên đã giải thích được các dữ kiện của BTNT trên; Qua BT này cần lưu ý khi cho kim loại Al phản ứng với clo, thì có thể còn lượng Al dư trong thành phần của chất rắn thu được, phản ứng tạo kết tủa ngoài phản ứng trao đổi giữa các muối còn có phản ứng của kim loại với muối. Dùng định luật bảo toàn khối lượng để tính lượng clo phản ứng sẽ giải quyết được nhanh, gọn vấn đề của bài toán (Bài toán có thể làm theo cách khác như lập hệ phương trình đại số hay chia thành các trường hợp phản ứng hết, phản ứng dư; nhưng đều dài và mất nhiều thời gian hơn). Ví dụ 3: Khi cho 11,6 gam hỗn hợp A gồm Fe, Cu tác dụng dung dịch H2SO4 đặc nguội, dư thu được 1,12 lít khí SO2 duy nhất (đktc). Mặt khác nếu cho 11,6 gam hỗn hợp A tác dụng lượng dư dung dịch H2SO4 loãng thu được 3,36 lít khí (đktc). Tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi kim loại có trong hỗn hợp A. a) Tìm hiểu vấn đề: nhận biết vấn đề; xác định, giải thích các dữ kiện ban đầu và trung gian, 53 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh tương tác với vấn đề; Phát biểu vấn đề; HS đọc đề bài tìm hiểu BT nhận thấy BT có 2 dữ kiện: Dữ kiện 1: khối lượng hỗn hợp Fe, Cu đem phản ứng với H2SO4 đặc nguội, thu được lượng khí SO2. Từ thể tích khí SO2 tính được lượng Cu phản ứng. HS xác định và giải thích các thông tin, dữ kiện ban đầu đã cho: + Xác được Fe không tan trong H2SO4 đặc nguội, chỉ có Cu phản ứng. Dữ kiện 2: Đem hỗn hợp tác dụng H2SO4 loãng thu được thể tích H2; + Khi đem hỗn hợp phản ứng H2SO4 loãng, chỉ có Fe phản ứng, từ số mol H2 tính được lượng Fe trong hỗn hợp. Phát biểu vấn đề: Cho hỗn hợp kim loại tác dụng H2SO4 đặc nguội những kim loại nào phản ứng? Kim loại nào phản ứng với H2SO4 loãng? Tính được khối lượng và thành phần phần trăm theo khối lượng các chất có trong hỗn hợp ban đầu. b) Thiết lập không gian vấn đề: lựa chọn, sắp xếp các dữ kiện đã cho với kiến thức đã học có liên quan; xác định thông tin trung gian qua các dữ kiện của BTNT; Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT; đề xuất giả thuyết; xác định cách thức, quy trình, giải pháp giải quyết; Ở dữ kiện (1) xác định được khi cho hỗn hợp kimm loại tác dụng với H2SO4 đặc nguội, kim loại nào phản ứng, không phản ứng, vì sao? Dựa vào dữ kiện (2) khi hòa tan hỗn hợp trong H2SO4 loãng thì kim loại nào phản ứng, kim loại nào không phản ứng, vì sao? Đề xuất giả thuyết dựa vào các dữ kiện trung gian: + Chỉ có Cu tác dụng với H2SO4 đặc nguội, từ số mol SO2 tính được lượng Cu, kim loại Fe thụ động không tác dụng với H2SO4 đặc nguội. + Khi hòa tan hỗn hợp trong H2SO4 loãng thì chỉ có Fe phản ứng, Cu hoạt động hóa học kém Hiđro nên không phản ứng. từ số mol H2 tính được lượng Fe trong hỗn hợp. c) Lập kế hoạch GQVĐ và thực hiện việc GQVĐ Viết các PTHH khi cho Fe, Cu tác dụng H2SO4 đặc nguội: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2+ 2H2O Tính được nSO2 = 0,05 mol, nCuphnng = 0,05 mol. nCu = nSO2 = 0,05 mol. + Đem hỗn hợp tác dụng H2SO4 loãng xảy ra phản ứng: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 nH2 = 0,15 mol⇒ nFe= 0,15 mol⇒%mFe = 72,42%; %mCu = 27,58%. d) Đánh giá giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận: Giải pháp GQVĐ trên đã giải thích được các dữ kiện của BTNT trên; Qua BT này cần lưu ý H2SO4 đặc nguội thụ động hóa 1 số kim loại như Al, Fe, Cr; khi đun nóng không còn tính thụ động nữa. Axit H2SO4 loãng chỉ hòa tan được các kim loại đứng trước Hiđro trong dãy hoạt động hóa học của các kim loại. 2.4. Xây dựng thang đánh giá năng lực Sau khi xây dựng cấu trúc năng lực GQVĐ thông qua BTNT, chúng tôi đã sử dụng phương pháp xin ý kiến chuyên gia (đó là các chuyên gia về PPDH, các chuyên viên môn Hóa học của các sở GD của một số thành phố, tỉnh trong toàn quốc; một số GV THPT. . . ) căn cứ vào các tiêu chí về BTNT, NL GQVĐ, nhận xét về tính chính xác, về các tiêu chí của BTNT, về các tiêu chí BTNT 54 Xây dựng bài toán nhận thức phần Hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực... phát triển NLGQVĐ. Theo ý kiến góp ý của các chuyên gia, chúng tôi đã thay cụm từ trong NL thành phần thứ 2 “Thiết lập không gian vấn đề” bằng cụm từ “Đề xuất phương án GQVĐ ”. Chúng tôi đã xây dựng thang đánh giá năng lực GQVĐ cho HS phổ thông thông qua BTNT môn Hóa học theo cấu trúc như sau: Năng lực thành phần Biểu hiện của NL Các mức độ của biểu hiện 1 2 3 4 A Nhận biết làm rõ vấn đề; Xác định, giải thích các dữ kiện ban đầu, trung gian và yêu cầu cần tìm của BTNT; Phát biểu vấn đề cần GQ của BTNT Chưa nhận biết được vấn đề. Chưa xác định và giải thích các dữ kiện ban đầu và trung gian Chưa xác định yêu cầu cần tìm của BTNT ; Chưa phát biểu được vấn đề cần GQ của BTNT. Chưa nhận biết được vấn đề ; Xác định được các dữ kiện ban đầu và trung gian; Chưa giải thích được các dữ kiện. Xác định được yêu cầu cần tìm của BTNT. Chưa phát biểu được vấn đề cần GQ của BTNT. Nhận biết được vấn đề ; Xác định được các dữ kiện ban đầu và trung gian; Giải thích được các dữ kiện và xác định được yêu cầu cần tìm của BTNT Chưa phát biểu được vấn đề cần GQ của BTNT. Nhận biết được vấn đề ; Xác định được các dữ kiện ban đầu và trung gian ; Giải thích được các dữ kiện Xác định được yêu cầu cần tìm của BTNT; Phát biểu được vấn đề cần GQ của BTNT. Đề xuất phương án GQVĐ của BTNT -Lựa chọn, sắp xếp các dữ kiện đã cho với kiến thức đã học có liên quan; -xác định các dữ kiện của BTNT; -Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT; Không nêu được các thông tin liên quan, không sắp xếp được các dữ kiện đã cho và các kiến thức liên quan. Chưa tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT. Nêu chưa đầy đủ các thông tin liên quan, chưa sắp xếp được các dữ kiện đã cho và các kiến thức liên quan hợp lí. Chưa tìm ra đầy đủ mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT. Nêu đầy đủ các thông tin liên quan, sắp xếp được các dữ kiện đã cho và các kiến thức liên quan. Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT. Nêu đầy đủ, chính xác các thông tin liên quan đến kiến thức đã học, dữ kiện của bài tập đã cho và câu hỏi của BTNT. Sắp xếp khoa học các dữ kiện đã cho và các kiến thức liên quan hợp lí. Tìm ra đầy đủ mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT. Đề xuất phương án GQVĐ xác định cách thức, quy trình GQVĐ Không đề xuất được các giả thuyết, cách thức , quy trình, phương án GQVĐ. Đề xuất được các giả thuyết, cách thức , quy trình, phương án GQVĐ nhưng ít khả thi, chưa hiệu quả. Đề xuất được các giả thuyết, cách thức , quy trình, phương án GQVĐ khả thi. Để xuất được các giả thuyết, cách thức , quy trình, phương án GQVĐ nhanh nhất, và sáng tạo. 55 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh Giải quyết vấn đề của BTNT Thực hiện giải quyết vấn đề Không giải quyết được vấn đề nên không đưa ra được kết quả (đáp án) của BTNT . Lúng túng khi thực hiện phương án GQVĐ nên kết quả (đápán) của BTNT được đưa ra nhưng chưa hoàn hảo về cả hình thức và nội dung. Thực hiện được phương án GQVĐ tốt, kết quả (đáp án ) của BTNT được đưa ra có nội dung nhưng hình thức chưa tốt. Thực hiện được phương án GQVĐ hợp lý, sáng tạo cả nội dung và hình thức. Đánh giá kết quả thực hiện BTNT Tự đánh giá kết quả thực hiện Không tự đánh giá được kết quả. Tự đánh giá được khách quan kết quả, nhưng chưa thấy được ưu điểm và hạn chế của kết quả thực hiện. Tự đánh giá được khách quan kết quả, nhận thấy được ưu điểm nhưng chưa thấy được hạn chế của kết quả thực hiện. Tự đánh giá được khách quan kết quả, nhận thấy được ưu điểm và hạn chế của kết quả thực hiện. 2.5. Thực nghiệm sư phạm Sau khi xây dựng được hệ thống các BTNT phần Hóa học phi kim lớp 10, kết hợp với thang đánh giá năng lực GQVĐ, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm tại một số trường THPT trên địa bàn thành phố Hà Nội: THPT Phan Đình Phùng, THPT Việt Đức, THPT Bắc Thăng Long, THPT Liên Hà, THPT Sóc Sơn, THPT Nguyễn Văn Cừ, và một số trường THPT ở các tỉnh thành khác như THPT Gia Bình, Quế Võ, Bắc Ninh; THPT Thanh Liêm A, Thanh Liêm, Hà Nam. Kết quả thu được với những đánh giá định tính như sau: (Phần phân tích định lượng kết quả đánh giá và đường phát triển năng lực GQVĐ của HS thông qua sử dụng BTNT sẽ được trình bày cụ thể trong bài báo khác). a) Về tinh thần thái độ: HS hứng thú học tập và bước đầu làm quen với các dạng bài toán nhận thức với các tình huống có vấn đề. Tăng khả năng tương tác giữa các HS trong lớp và giữa HS với giáo viên. HS trong lớp học tích cực chủ động tìm tòi khai thác kiến thức. HS thoải mái tự tin trong quá trình tham gia giải quyết các mâu thuẫn nhận thức, đề xuất các phướng án giải quyết mâu thuẫn nhận thức của bài toán. b) HS được rèn luyện các kĩ năng nhận biết vấn đề của bài toán; xác định, giải thích các dữ kiện ban đầu và trung gian, tìm mối liên hệ giữa các dữ kiện; - Rèn kĩ năng xác định mâu thuẫn của vấn đề BTNT; Tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện của BTNT; Phát biểu vấn đề cần phải giải quyết trong BTNT. - Rèn các kĩ năng đề xuất phương án GQVĐ của BTNT từ đó biết cách lựa chọn tìm phương án tối ưu để giải quyết bài toán đó. - Rèn được kĩ năng sử dụng ngôn ngữ giao tiếp và ngôn ngữ hóa học trong quá trình tranh luận, rèn kĩ năng quan sát, kĩ năng phân tích hình ảnh, phân tích hiện tượng. - Rèn kiến thức kĩ năng thực hành các thí nghiệm, kĩ năng tính toán... của học sinh. 56 Xây dựng bài toán nhận thức phần Hóa học phi kim lớp 10 nhằm phát triển năng lực... 3. Kết luận Trên cơ sở lý luận về năng lực GQVĐ và BTNT, chúng tôi đã vận dụng các nguyên tắc, quy trình xây dựng BTNT phần Hóa học phi kim trong chương trình phổ thông để xây dựng các BTNT và từ đó phân tích cụ thể các biểu hiện của năng lực GQVĐ thông qua các BTNT. Từ đó xây dựng thang đánh giá năng lực GQVĐ thông qua BTNT góp phần phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh. Thực nghiệm sư phạm đã thu được một số kết quả với những đánh giá định tính cho thấy việc sử dụng BTNT trong dạy học Hóa học góp phần phát triển năng lực GQVĐ cho HS. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2017. Chương trình giáo dục phổ thông (dự thảo). [2] Nguyễn Đức Dũng, Hoàng Đình Xuân, Hà Thị Thoan, 2016. Sử dụng một số dạng bài tập hóa học hữu cơ trong dạy học để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THPT. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 61(6A), tr. 146-150. [3] Vũ Thị Hiền, Trần Trung Ninh, 2016. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua chủ đề dạy học tích hợp hợp chất của lưu huỳnh và mưa axit Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Số 61(6A), tr. 54–65. [4] Trần Ngọc Huy, Đặng Thị Oanh, Nguyễn Hữu Đĩnh, 2011. Xây dựng một số bài toán nhận thức để nghiên cứu bài mới ở chương hidrocacbon no Hoá học 11 nâng cao. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 56(2), tr. 109–119. [5] Trần Ngọc Huy, Đặng Thị Oanh (2013), Sử dụng một số bài toán nhận thức phần hóa học hữu cơ lớp 11NC trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 58(8), tr. 94-102. [6] Đỗ Thị Quỳnh Mai, Đặng Thị Oanh, Hoàng Thị Kim Liên (2012). Bước đầu nghiên cứu và vận dụng phương pháp dạy học theo hợp đồng trong môn Hóa học ở trường THPT (Phần Phi kim Hóa học 10 nâng cao. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 57(9), tr. 93–103. [7] Nguyễn Thị Lan Phương, 2014. Đề xuất cấu trúc và chuẩn đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Tạp chí Khoa học Giáo dục. Số 11, tr 1-6. [8] Nguyễn Thị Lan Phương, Đặng Xuân Cương, 2015. Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh phổ thông. Tạp chí Khoa học Giáo dục .Số 114, tr 21-24. [9] Pisa và các dạng câu hỏi. 2012. Nxb Giáo dục Việt Nam. [10] CaoThị Thặng 2010. Một số biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học hóa học ở trường phổ thông. Tạp chí Khoa học Giáo dục. Số 53, tr 32-35. [11] Trang Quang Vinh, Nguyễn Thị Sửu, 2016. Xây dựng và sử dụng bài tập phân hóa Chương Hiđrocacbon không no, hóa học 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 61(6A), tr. 146-150. [12] Nguyễn Thị Phương Thúy, Nguyễn Thị Sửu, Vũ Quốc Trung, 2016. Sử dụng phương pháp dạy học dự án trong dạy học hóa học hữu cơ lớp 11 trung học phổ thông để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh miền núi phía Bắc. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 61(1) tr. 122. [13] Lưu Thị Lương Yến, 2016. Sử dụng bài tập định hướng phát triển năng lực trong dạy học phần dẫn xuất hodđrocacbon lớp 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 61(6A), tr. 105- 115. [14] Trần Trọng Thủy, Nguyễn Quang Uẩn (1998), Tâm lí học đại cương. Nxb Giáo dục. 57 Đặng Trần Xuân, Đặng Thị Oanh [15] OECD (2005), The DefinitionandSelectionofKey Competencies: Executive Summary, from https://www.oecd.org/pisa/35070367.pdf. ABSTRACT Building the awareness problems specific conscious exercise – non- metal chemistry in grade 10 talk to develop solving problems for high school students 1Dang Tran Xuan, 2Dang Thi Oanh 1Hanoi Department of Education and Training 1Faculty of Chemistry, Hanoi National University of Education Solving problems ability is one of the most important core/key capacities of the school students. We can use many active teaching methodologies in teaching in general and in chemistry subject in particular so that we can help develop students’ solving problems abilities. In this essay, we mention the principle and process building the awareness problems. Analyzing solving problems ability through specific conscious exercise - non-metal chemistry in grade 10 and draw out the frame for solving problems ability assessment basing on the consciousness. Keywords: Ability; solving problems abilities; conscious exercise; frame for solving problems ability assessment. 58