NỘI DUNG
Cơ sở lý luận
Liên kết hydrogen là một loại liên kết yếu, hình thành giữa nguyên tử hydro (H) đã liên kết với nguyên tử có độ âm điện lớn như fluor (F), oxy (O) hoặc nitơ (N) và một nguyên tử khác (Y) cũng có độ âm điện lớn, thường là F, O hoặc N, mà cặp electron hóa trị của nó chưa tham gia vào liên kết.
- Liên kết hydrogen được biểu diễn bằng dấu ba chấm (…), kéo dài đều từ nguyên tử
H đến nguyên tử hình thành liên kết hydrogen với nó
1.2 Bản chất và đặc điểm của liên kết hydrogen
- Bản chất của liên kết hydrogen là tương tác tĩnh điện yếu
- Liên kết hydrogen yếu hơn liên kết cộng hóa trị hoặc ion hoàn toàn
- Liên kết H-X càng phân cực và Y càng giàu electron thì liên kết hydrogen càng bền
- Có 2 loại liên kết hydrogen:
Liên kết hydrogen liên phân tử là loại liên kết được hình thành giữa nguyên tử hydro của một phân tử và nguyên tử phi kim của một phân tử khác, tạo ra các cặp, chuỗi và vòng phân tử bền vững.
Ví dụ: Liên kết hydrogen liên phân tử giữa các phân tử H2O, giữa H2O và HF
Liên kết hydrogen nội phân tử: là liên kết hydrogen xảy ra trong các phần khác nhau của một phân tử Thường gặp ở các hợp chất hữu cơ
Ví dụ: Liên kết hydrogen nội phân tử ở acid salicylic, ortho nitro phenol
1.3 Vai trò và ảnh hưởng của liên kết hydrogen Ảnh hưởng đến tính chất vật lý
- Làm tăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, sức căng bề mặt của các chất
Ví dụ: Liên kết hydrogen làm tăng nhiệt độ nóng chảy của nước (0 0 C), nhiệt độ sôi của nước (100 0 C)
Độ tan của chất tan trong dung môi tăng lên nhờ sự hình thành các liên kết hydrogen giữa chúng Số lượng liên kết hydrogen giữa dung môi và chất tan càng nhiều thì độ tan càng cao.
Ví dụ: HCl, NH3 tan rất tốt trong H2O
Các hợp chất có liên kết hydrogen thường có nhiệt độ sôi cao hơn so với các hợp chất có cấu trúc phân tử tương tự, nhờ vào khả năng tạo ra liên kết hydrogen liên phân tử Ngoài ra, chúng cũng tan tốt hơn trong nước do tạo liên kết hydrogen với các phân tử nước, ảnh hưởng đến tính acid và base của chúng.
Ví dụ: Trong dãy các chất sau đây trong dung dịch HF, HCl, HBr, HI
Các acid HCl, HBr, HI đều được xếp vào loại acid mạnh, trong khi đó HF lại là acid yếu Nguyên nhân chính là do sự ảnh hưởng của liên kết hydrogen mạnh giữa các phân tử HF, khiến cho nguyên tử H trong HF không linh động như trong các acid HCl, HBr, HI.
2 Tương tác van der Waals
Tương tác van der Waals là tương tác tĩnh điện lưỡng cực - lưỡng cực giữa các nguyên tử hay phân tử
Các hợp chất cộng hóa trị phân cực có cấu trúc lưỡng cực, với một đầu mang điện tích âm (δ-) và một đầu mang điện tích dương (δ+), dẫn đến sự tương tác van der Waals giữa chúng Ngược lại, trong các nguyên tử khí hiếm hoặc hợp chất cộng hóa trị không phân cực, sự chuyển động liên tục của electron và dao động của hạt nhân nguyên tử tạo ra các lưỡng cực tạm thời, từ đó hình thành các lưỡng cực cảm ứng Lực hút giữa các lưỡng cực này, cụ thể là giữa đầu mang điện tích âm (δ-) của một phân tử và đầu mang điện tích dương (δ+) của phân tử khác, tạo nên tương tác van der Waals.
2.2 Đặc điểm của tương tác van der Waals
Tương tác van der Waals là tương tác yếu, yếu hơn liên kết hydrogen và phụ thuộc vào:
- Khối lượng phân tử của chất
Cấu trúc phân tử với độ phân nhánh cao và hình dạng cầu làm giảm mức độ tiếp giáp giữa các phân tử, dẫn đến sự giảm tương tác van der Waals.
Ví dụ: pentane C5H12 có nhiệt độ sôi là 36 o C, đồng phân neopentane có nhiệt độ sôi là 9,5 o C
2.3 Ảnh hưởng của tương tác van der Waals đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất
- Tương tác van der Waals làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi các chất
- Khi khối lượng phân tử tăng, kích thước phân tử tăng thì tương tác van der Waals tăng
Khí hiếm He Ne Ar Xe Kr Rn
3 Khái niệm về dạy học phát triển năng lực và một số phương pháp dạy học phát triển năng lực
Dạy học theo hướng phát triển năng lực tập trung vào việc tối đa hóa khả năng của người học, bao gồm ba yếu tố chính: kiến thức, kỹ năng và thái độ Mô hình này yêu cầu thiết kế các hoạt động dạy và học có sự liên kết chặt chẽ, nhằm giúp người học thể hiện khả năng học tập thực sự của mình.
6 đây, người học có thể phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động và tinh thần tự học để không ngừng nâng cao năng lực học tập
3.2 Một số phương pháp dạy học phát triển năng lực
Một số phương pháp dạy học phát triển năng lực cho học sinh đạt tính hiệu quả cao có thể kể đến như:
Tổ chức các hoạt động kết hợp học tập
Thông qua các hoạt động học tập kết hợp như khởi động đầu giờ, đọc tài liệu, chơi trò chơi và làm việc nhóm, học sinh có thể tự tìm tòi, nghiên cứu và ghi nhớ kiến thức hiệu quả hơn, đồng thời phát triển năng lực toàn diện Những hoạt động này giúp học sinh rèn luyện kỹ năng và hình thành thái độ học tập tích cực Khi môi trường học tập trở nên sôi động và hào hứng, hoạt động dạy học sẽ trở nên chủ động, nâng cao hiệu quả tiếp thu kiến thức.
Học tập dựa trên sự tương tác và hợp tác
Theo mô hình phát triển năng lực, giáo viên và học sinh tương tác qua hỏi – đáp và tranh luận – phản biện, tạo ra sự hỗ trợ và chia sẻ trong học tập Mô hình này còn giúp học sinh tự tin hơn trong việc khai thác vấn đề Giáo viên cần hiểu rõ sở trường và hạn chế của từng học sinh để đồng hành hiệu quả trong quá trình học tập.
Phương pháp học tập cá nhân hoá
Phương pháp học tập cá nhân hóa tập trung vào sự khác biệt về năng lực, trình độ và sở thích của từng học sinh Tính cá nhân hóa này thể hiện qua tốc độ tiếp thu và khả năng lĩnh hội tri thức riêng của mỗi em Do đó, giáo viên cần thiết kế giáo án phù hợp với sự riêng biệt này Ngoài ra, việc đánh giá cũng cần được cá nhân hóa để đảm bảo tính khách quan và chính xác Khi học sinh được công nhận đúng khả năng, các em sẽ học tập một cách chủ động và có trách nhiệm hơn.
Hình thành cho trẻ thói quen tự học
Ngày nay, việc định hướng cho học sinh tự học là rất quan trọng để phát triển tinh thần tự giác và khả năng học tập suốt đời Giáo viên cần giúp học sinh suy nghĩ, khám phá và tự lĩnh hội kiến thức để đạt được mục tiêu bài học Phương pháp này không chỉ giúp học sinh tránh học vì thành tích mà còn khơi gợi khả năng nghiên cứu và tìm kiếm tài liệu, từ đó nâng cao tính chủ động và tinh thần tự học của các em.
Giáo viên cần định hướng để học sinh suy nghĩ, khám phá và tự lĩnh hội kiến thức nhằm đạt được mục tiêu của bài học
Dạy học kết hợp đánh giá
Nhà trường và giáo viên cần tích hợp kiểm tra, đánh giá trong quá trình dạy học để thúc đẩy động lực học tập và nâng cao kiến thức của học sinh Điều này giúp học sinh nhận thức rằng kiến thức và năng lực là hai yếu tố bổ sung cho nhau, từ đó khuyến khích các em chủ động hơn trong việc rèn luyện và cải thiện kết quả đánh giá.
Dạy học kết hợp kiến thức và thực tiễn
Học sinh cần nhận thức rõ ràng về giá trị thực tiễn của kiến thức và kỹ năng mà mình tiếp thu, vì điều này giúp nuôi dưỡng niềm đam mê và hứng thú trong học tập Khi đó, các em có cơ hội phát huy tối đa sự sáng tạo, từ đó làm phong phú thêm kinh nghiệm sống của bản thân.
4 Phát triển năng lực thông qua bài dạy “Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals”
Ngoài việc phát triển các năng lực chung như tự chủ, tự học, giao tiếp, hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo, bài dạy cũng cần chú trọng vào việc phát triển các năng lực hóa học đặc thù.
-Trình bày được khái niệm liên kết hydrogen
-Trình bày được thế nào là lưỡng cực tạm thời, lưỡng cực cảm ứng, khái niệm về tương tác van der Waals
- Nêu được vai trò và ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước
- Học sinh thấy được tầm quan trọng của các loại lực liên kết giữa các phân tử trong sự tồn tại của thế giới xung quanh
Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hoá học:
- Hoá học giúp con người khám phá, hiểu biết và tiến tới chinh phục tự nhiên
Thực trạng của dạy và học về “Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals”
Liên kết hydrogen là một khái niệm quan trọng, dễ áp dụng để giải thích các tính chất vật lý của chất Nội dung này được tích hợp trong bài dạy về "Ancol" trong bộ sách giáo khoa Hóa học 2006, hiện đang được giảng dạy cho học sinh lớp 11.
Các bài tập liên quan đến liên kết hydrogen mà học sinh có thể áp dụng thường được tìm thấy trong các tài liệu tham khảo và đề thi, đặc biệt là trong các đề thi học sinh giỏi cấp Tỉnh.
- Hiện nay, trong chương trình giáo dục phổ thông (CTGDPT) 2018, nội dung kiến thức
Bài dạy về "Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals" đã được phát triển thành một nội dung độc lập trong chương trình Hóa học 10, giúp giáo viên và học sinh có cơ hội nghiên cứu một cách sâu sắc hơn.
Bài dạy về "Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals" là một nội dung mới trong bộ sách giáo khoa Hóa học lớp 10, theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, và được triển khai lần đầu tiên trong năm học 2022-2023.
Sách giáo khoa Hóa học mới áp dụng thuật ngữ hóa học và danh pháp các nguyên tố, hợp chất bằng Tiếng Anh, do đó giáo viên thường phải giảng dạy bằng song ngữ.
Bài dạy giới thiệu các khái niệm mới như tương tác van der Waals, lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng, chưa có trong chương trình SGK 2006 Mặc dù có nhiều câu hỏi và bài tập về liên kết hydrogen, một số bài tập vẫn chưa phù hợp để học sinh luyện tập hiệu quả Giáo viên gặp khó khăn trong việc chọn lựa bài tập vận dụng để đa dạng hóa nguồn câu hỏi, nhằm phát triển năng lực cho học sinh lớp 10.
- Học sinh gặp nhiều lúng túng trong việc đọc, hiểu, nghe các thuật ngữ hóa học bằng Tiếng Anh xuất hiện trong bài học
Trong bài giảng, chúng ta sẽ khám phá các hiện tượng thí nghiệm liên quan đến sức căng bề mặt của chất lỏng, đặc biệt là nước Các khái niệm quan trọng bao gồm liên kết hydrogen, tương tác van der Waals, và lưỡng cực tạm thời, giúp giải thích các đặc tính của chất lỏng và sự tương tác giữa các phân tử.
9 cực cảm ứng,… đòi hỏi phải có sự kết nối kiến thức có tính liên môn giữa vật lí, hóa học, sinh học
Để vận dụng kiến thức hiệu quả, học sinh cần thiết lập mối quan hệ giữa cấu tạo và tính chất của chất, điều này chỉ thực sự khả thi khi các em đã có trải nghiệm và kiến thức tổng hợp Tuy nhiên, vấn đề khó khăn mà học sinh gặp phải là việc áp dụng kiến thức thường diễn ra dần dần khi lên lớp 11, 12, dẫn đến việc các em khó nhớ và vận dụng kiến thức đã học từ trước.
Do ảnh hưởng của xu thế thi cử và tuyển sinh vào đại học, nhiều học sinh hiện nay không còn hứng thú với việc lựa chọn học môn Hóa học.
Các bước tiến hành để giải quyết vấn đề
1 Các giải pháp áp dụng cho việc thiết kế bài giảng
Trong bối cảnh thực hiện Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 và sự phát triển của công nghệ thông tin, chúng tôi đề xuất ba giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả dạy học bài "Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals" theo hướng phát triển năng lực cho học sinh.
Giải pháp 1: Sử dụng các hình thức hoạt động nhóm phù hợp với tiến trình bài dạy
Để nâng cao sự tương tác giữa giáo viên và học sinh, cũng như giữa các học sinh trong nhóm, việc khuyến khích học sinh tự chủ, hợp tác và sáng tạo trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp là rất quan trọng.
Giáo viên tổ chức các nhóm học sinh từ 2 đến 4 người ngồi cùng bàn hoặc trong cùng một tổ lớp học Học sinh có thể tự thương lượng để phân công nhiệm vụ, hoặc giáo viên chỉ định nhóm trưởng Phương pháp này giúp học sinh không phải di chuyển chỗ ngồi, tiết kiệm thời gian học tập.
Thời gian làm việc nhóm không quá 10 phút, trong đó giáo viên sẽ theo dõi và hỗ trợ từng nhóm, động viên kịp thời khi có khó khăn xảy ra.
Giải pháp 2: Khai thác, sử dụng hiệu quả các phương tiện trực quan
Sử dụng hình ảnh, video thí nghiệm và thực hiện các thí nghiệm thực tế giúp phát triển năng lực quan sát và óc tò mò của học sinh Những tình huống thực tiễn và phiếu học tập phù hợp với bài dạy không chỉ kích thích hứng thú học tập mà còn kết nối tri thức với thực tiễn cuộc sống.
Giải pháp 3: Sử dụng nhóm Zalo (Group Zalo) kết hợp với các công cụ giao bài, nộp bài trực tuyến khác (ứng dụng Azota, Google Drive, Google Forms )
Sử dụng nhóm Zalo giúp tăng cường tương tác hai chiều giữa giáo viên và học sinh, cũng như giữa các học sinh với nhau, mọi lúc, mọi nơi Giáo viên có thể kết hợp các ứng dụng như Azota, Google Drive, và Google Forms, dễ dàng sử dụng trên điện thoại di động hoặc máy tính, để nâng cao hiệu quả giảng dạy.
Việc chuyển giao nhiệm vụ học tập và theo dõi tiến độ hoàn thành giúp học sinh nộp bài và sản phẩm học tập một cách dễ dàng Học sinh có thể tự kiểm tra và đánh giá kết quả học tập của mình, trong khi các thành viên trong nhóm tương tác và trao đổi thông tin kịp thời Sử dụng các ứng dụng trực tuyến không chỉ tiết kiệm thời gian và công sức mà còn giảm chi phí chuẩn bị học liệu, từ đó nâng cao hiệu quả trong việc hình thành và phát triển phẩm chất năng lực cho học sinh.
2 Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đề xuất
Mục đích của khảo sát là thu thập thông tin để đánh giá tính cần thiết và khả thi của các giải pháp thiết kế bài dạy về "Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals" Dựa trên kết quả khảo sát, chúng tôi sẽ điều chỉnh các giải pháp chưa phù hợp và khẳng định độ tin cậy của những giải pháp đã được đánh giá.
2.2 Nội dung và phương pháp khảo sát
Khảo sát mức độ cấp thiết và tính khả thi của 3 giải pháp sau:
Sử dụng các hình thức hoạt động nhóm phù hợp với tiến trình bài dạy là một giải pháp hiệu quả Bên cạnh đó, việc khai thác và sử dụng hiệu quả các phương tiện trực quan cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy.
Giải pháp 3: Sử dụng nhóm Zalo (Group Zalo) kết hợp với các công cụ giao bài, nộp bài trực tuyến khác (ứng dụng Azota, Google Drive, Google Forms )
2.2.2 Phương pháp khảo sát và thang đánh giá
Phương pháp được sử dụng để khảo sát là Trao đổi bằng bảng hỏi; với thang đánh giá
04 mức (tương ứng với điểm số từ 1 đến 4)
Khảo sát online theo link: https://docs.google.com/forms/d/1l2E19rRm1HWwItfijUNvm-uyGD_PxgUhku22SGmB26I/edit
Để đánh giá chính xác mức độ cần thiết và khả thi của các giải pháp, tôi đã thiết kế thang đo cho từng nội dung khảo sát với 4 mức độ cụ thể.
Mức độ i (i = 1- 4) Điểm số mức i (x i )
Mức độ 1: Không cấp thiết/không khả thi 1
Mức độ 2: Ít cấp thiết/ ít khả thi 2
Mức độ 3: Cấp thiết/khả thi 3
Mức độ 4 được đánh giá là rất cấp thiết và rất khả thi, với điểm số trung bình (𝑋̅) được tính từ các điểm thành phần của các câu hỏi trong phiếu khảo sát (xem Phụ lục).
Trong đó: 𝑋̅ là giá trị điểm trung bình i là các mức độ (i = 1, 2, 3, 4) x i là điểm số mức i
Số lượng người đánh giá theo mức độ i được ký hiệu là S i Để tính điểm trung bình (𝑋̅) cho từng mức độ, chúng ta sử dụng công thức tính khoảng điểm K = (n-1)/n, trong đó n là số mức độ Ví dụ, với n = 4, ta có K = (4-1)/4 = 0,75 Mỗi mức độ sẽ có chênh lệch 0,75, và điểm trung bình (𝑋̅) của từng mức độ được tính dựa trên giá trị này.
Mức độ 1: Không cấp thiết/không khả thi: 1,00 ≤ X̅ < 1,75
Mức độ 2: Ít cấp thiết/ít khả thi: 1,75 ≤ X̅ < 2,50
Mức độ 3: Cấp thiết/khả thi: 2,50 ≤ X̅ < 3,25
Mức độ 4: Rất cấp thiết/rất khả thi: 3,25 ≤ X̅ ≤ 4,00
Tính điểm trung bình X theo phần mềm Excel
2.3 Đối tượng khảo sát Để tìm hiểu sự cần thiết và tính khả thi của các giải pháp đề xuất, tôi đã tiến hành khảo sát ý kiến của giáo viên và học sinh lớp đang giảng dạy và học tập môn Hóa học10, chương trình
Vào năm 2018, một cuộc khảo sát đã được thực hiện tại một số lớp của trường THPT Cửa Lò, mở rộng ra các giáo viên và học sinh của một số trường THPT khác trong và ngoài tỉnh Nghệ An, bao gồm Thái Nguyên, Ninh Bình, Lào Cai và Kon Tum Tổng cộng có 208 người tham gia khảo sát.
Tổng hợp các đối tượng khảo sát
TT Đối tượng Số lượng
1 Giáo viên giảng dạy môn Hoá học 10 một số trường
2 Học sinh lớp 10 một số trường THPT 185
2 4 Kết quả khảo sát về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất
(nội dung chi tiết xem thêm phần phụ lục)
2.4.1 Sự cấp thiết của các giải pháp đã đề xuất Đánh giá sự cấp thiết của các giải pháp đề xuất
TT Các giải pháp Các thông số
1 Sử dụng các hình thức hoạt động nhóm phù hợp với tiến trình bài dạy
2 Khai thác, sử dụng hiệu quả các phương tiện trực quan
3 Sử dụng nhóm Zalo (Group Zalo) kết hợp với các công cụ giao bài, nộp bài trực tuyến khác (ứng dụng Azota, Google Drive,
Từ số liệu thu được ở bảng trên, có thể thấy:
Các giải pháp được đề xuất đều rất cần thiết, trong đó việc khai thác và sử dụng hiệu quả các phương tiện trực quan được xếp hạng cao nhất với chỉ số 3,36.
2.4.2 Tính khả thi của các giải pháp đề xuất
Sử dụng các hình thức hoạt động nhóm phù hợp với tiến trình bài dạy
Khai thác, sử dụng hiệu quả các phương tiện trực quan Sử dụng nhóm Zalo (Group
Kết quả đạt được
Khảo sát ý kiến về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp thiết kế bài dạy “Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals” đã được thực hiện rộng rãi Kết quả cho thấy tất cả các giải pháp đề xuất đều được đánh giá là rất cấp thiết và khả thi, nhằm phát triển năng lực học sinh.
- Bài dạy lần đầu tiên được thực hiện thử nghiệm trên các lớp 10T2, 10D5, trường THPT Cửa lò, năm học 2022-2023 Kết quả đạt được như sau:
Học sinh thể hiện sự hứng thú với bài học về liên kết hydrogen và tương tác van der Waals, từ đó có hiểu biết sâu sắc hơn về các khái niệm này Các em biết vận dụng kiến thức để giải thích tính chất vật lý của một số chất, so sánh chúng với nhau, và bày tỏ khao khát tìm hiểu thêm về nhiều hiện tượng tự nhiên và tình huống thực tế.
Học sinh trở nên chủ động và tự tin trong việc áp dụng kiến thức đã học, từ đó đạt kết quả cao trong các bài kiểm tra đánh giá Điều này tạo động lực cho các em say mê và yêu thích môn Hóa học hơn.
+ So sánh với các học sinh lớp 11 (11A1, 11A2, 11T1, 11T2 trường THPT Cửa
Trong năm học 2022-2023, học sinh lớp 10T2 và 10D5 đã thể hiện sự vượt trội trong việc áp dụng kiến thức về liên kết hydrogen, được giảng dạy trong chương trình SGK 2006 thông qua bài Ancol Các em không chỉ giải quyết hiệu quả các bài tập liên quan mà còn có khả năng giải thích nhiều hiện tượng thực tế như: nước đá nhẹ hơn nước lỏng, nhện có thể chạy trên mặt nước, sự bám hút bụi trên bề mặt nhẵn, khả năng hấp phụ chất màu và chất độc hại trong nước của than hoạt tính, cũng như khả năng bám dính của thằn lằn và tắc kè trên các bề mặt như tường và kính.
So sánh giữa các lớp 10T2, 10D5 và lớp không được thử nghiệm 10D6 cho thấy học sinh lớp 10T2 và 10D5 rất hào hứng với nhiệm vụ học tập Các em chăm chú quan sát video, hình ảnh trực quan và tích cực tham gia vào các hoạt động học tập Kết quả trung bình của các lớp khi khảo nghiệm làm bài kiểm tra cũng phản ánh sự khác biệt này.
15 phút ở các lớp 10T2, 10D5 cao hơn ở lớp 10D6
Bài dạy đã thực nghiệm trên các lớp 10T2 và 10D5 có thể mở rộng áp dụng cho nhiều lớp học khác
Quá trình thực hiện đề tài đã giúp tôi tích lũy kinh nghiệm giảng dạy và nâng cao năng lực chuyên môn, từ đó góp phần cải thiện chất lượng giảng dạy môn Hóa học tại trường THPT Cửa Lò.
Một số hình ảnh thực nghiệm bài dạy tại trường THPT Cửa Lò năm học 2022- 2023
