Phân loại và giải các bài toán hóa học hữu cơ - phần Hiđrocacbon theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học trung học phổ thông tt

Sử dụng hệ thống bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon theo các mức độ nhận thức tư duy trong quá trình dạy học môn Hóa học lớp 11 THPT .... Trong bản luận văn này, chúng tôi tiếp t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC

Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN HÓA HỌC)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS VŨ NGỌC BAN

HÀ NỘI – 2012

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Danh mục các chữ viết tắt ii

Danh mục các bảng iii

Danh mục các biểu đồ iv

Mục lục v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4

1.1 Cơ sở lí luận của việc nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình dạy và học môn Hóa học THPT 4

1.1.1 Quá trình dạy học 4

1.1.2 Chất lượng dạy học 4

1.1.3 Một số biện pháp để nâng cao chất lượng dạy học 6

1.2 Bài tập hóa học 6

1.2.1 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học 6

1.2.2 Lựa chọn và phân loại bài tập hóa học 7

1.2.3 Thực trạng sử dụng bài toán hóa học ở trường THPT hiện nay 9

1.3 Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT 13

1.3.1 Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học 13

1.3.2 Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng 14

1.3.3 Phương pháp chung giải các bài toán hóa học 16

Chương 2: LỰA CHỌN, PHÂN LOẠI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC HỮU CƠ – PHẦN HIĐROCACBON VÀ GIẢI THEO PHƯƠNG PHÁP CHUNG GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 23

2.1 Tổng quan về chương trình môn Hóa học lớp 11 – phần hiđrocacbon 23

2.2 Phân loại các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon và giải theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT 24

2.2.1 Hiđrocacbon no 25

2.2.2 Hiđrocacbon không no 43

2.2.3 Hiđrocacbon thơm 61

2.2.4 Bài toán tổng hợp 73

2.3 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon theo các mức độ nhận thức tư duy trong quá trình dạy học môn Hóa học lớp 11 THPT 82

2.3.1 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy trong việc hình thành kiến thức mới 83

2.3.2 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy để vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng 83

2.3.3 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy nhằm kiểm tra, đánh giá mức độ vận dụng kiến thức, kĩ năng của học sinh 84

Chươmg 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 87

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 87

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 87

3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 87

3.2 Quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm 87

3.2.1 Chuẩn bị cho quá trình thực nghiệm 87

3.2.2 Tiến hành thực nghiệm 88

3.2.3 Kết quả các bài kiểm tra 88

3.2.4 Xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm 89

3.2.5 Tính các tham số đặc trưng thống kê 94

3.2.6 Phân tích kết quả thực nghiệm 95

KẾT LUẬN 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

PHỤ LỤC 103

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong quá trình dạy và học bộ môn Hóa học Trung học phổ thông, bài tập hóa học nói chung và bài toán hóa học nói riêng có vai trò quan trọng đối với việc củng cố, rèn luyện và phát triển năng lực nhận thức tư duy cho học sinh

Người thầy luôn quan tâm tìm tòi, lựa chọn các câu hỏi, bài toán phù hợp cũng như các cách giải hiệu quả nhất để phục vụ cho giờ lên lớp, giờ luyện tập hoặc kiểm tra đánh giá học sinh nhằm nâng cao hiệu quả, chất lượng giảng dạy

Học sinh cũng luôn mong muốn có được những câu hỏi, bài toán tốt, có những cách giải dễ dàng, thuận tiện để nâng cao hiệu quả học tập

Tuy nhiên trong các tài liệu tham khảo về hóa học, số lượng bài toán hóa học rất lớn và đa dạng, số phương pháp giải các bài toán đưa ra lại nhiều làm cho học sinh và ngay cả một số giáo viên thấy lúng túng khi lựa chọn và giải các bài toán hóa học

Để góp một phần vào việc giải quyết khó khăn trên, chúng tôi đã chọn đề tài

“Phân loại và giải các bài toán hóa học hữu cơ - phần hiđrocacbon theo một phương pháp chung góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học Trung học phổ thông”

2 Lịch sử nghiên cứu

Hiện nay, đã có nhiều tác giả nghiên cứu và đưa ra nhiều cách phân loại cũng như phương pháp khác nhau để giải các bài toán hóa học, đặc biệt các phương pháp giải nhanh các bài toán trắc nghiệm hóa học

Trong tài liệu “ Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT”, tác giả đã

hệ thống hóa và đưa ra một phương pháp chung đơn giản và thuận lợi để giải các bài toán hóa học THPT Việc áp dụng phương pháp chung để giải các bài toán Hóa vô cơ lớp 12 và bài toán xác định công thức hợp chất hữu cơ đã được thể hiện ở 2 luận văn thạc sĩ sư phạm hóa học Trong bản luận văn này, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu việc vận dụng phương pháp chung nêu trên để giải các bài toán hóa học hữu cơ - phần hiđrocacbon góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học THPT

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Mục tiêu

Lựa chọn, phân loại và giải theo một phương pháp chung các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon nhằm nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học ở trường THPT

3.2 Nhiệm vụ

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình dạy học; ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học trong quá trình dạy và học môn Hóa học THPT; cơ sở lựa chọn, phân loại các bài tập hóa học, thực trạng của việc sử dụng các bài toán hóa học ở THPT hiện nay

- Nghiên cứu phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT Tiến hành phân loại các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon và vận dụng phương pháp chung để giải các bài toán hóa học đã phân loại, đề xuất việc sử dụng các bài toán hóa học nêu trên trong giảng dạy môn hóa học lớp 11 – phần hiđrocacbon

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của đề tài

4 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi về nội dung : Các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon

- Phạm vi về thời gian: học kì II – Năm học 2011-2012

5 Khách thể nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu

5.1 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy và học môn Hóa học ở 2 trường THPT tại Hải Phòng

5.2 Đối tượng nghiên cứu

Các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon

6 Câu hỏi nghiên cứu

- Cơ sở để lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học là gì?

- Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT là phương pháp nào?

7 Giả thuyết nghiên cứu

Việc lựa chọn, phân loại tốt các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon và việc vận dụng tốt phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán trên sẽ góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học ở khối lớp 11 nói riêng và ở trường THPT nói chung

8 Phương pháp nghiên cứu

- Các phương pháp nghiên cứu lí luận:

+ Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc nâng cao hiệu quả quá trình dạy và học, ý nghĩa và tác dụng của bài tập hóa học, cơ sở lựa chọn, phân loại và phương pháp chung giải các bài toán hóa học, THPT

+ Nghiên cứu nội dung chương trình, chuẩn kiến thức – kĩ năng phần hiđrocabon lớp 11

- Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Phương pháp điều tra, thu thập thông tin

+ Phương pháp thống kê và xác suất để xử lí kết quả thực nghiệm

9 Đóng góp mới của đề tài

Đã lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon theo các mức độ nhận thức tư duy từ thấp đến cao: biết – hiểu – vận dụng – vận dụng sáng tạo

và giải chúng theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT Đây là một tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên và học sinh trong quá trình dạy và học môn Hóa học THPT

10 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương:

- Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

- Chương 2: Lựa chọn và phân loại các bài toán hóa học hữu cơ - phần hiđrocacbon và giải theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

- Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SƠ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Cơ sở lí luận của việc nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình dạy và học môn Hóa học THPT

1.1.1 Quá trình dạy học

Quá trình dạy học là quá trình tương tác giữa thầy và trò trong đó thầy giữ vai trò chủ đạo tổ chức, điều khiển, lãnh đạo còn trò tham gia hoạt động học chủ động, tích cực và sáng tạo

1.1.2 Chất lượng dạy học

Chất lượng dạy học có thể được hiểu là chất lượng giảng dạy của người dạy và chất lượng học tập của người học xét cả về mặt định lượng và định tính so với các mục tiêu của môn học Tiêu chuẩn của một quá trình dạy học có chất lượng và hiệu quả là phải thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ dạy và học trong nhà trường, đáp ứng được các yêu cầu của nền kinh tế - xã hội với sự chi phí tối ưu về thời gian, sức lực và tiền của của giáo viên, học sinh, nhân dân và Nhà nước

1.1.3 Một số biện pháp để nâng cao chất lượng dạy học

Chất lượng, hiệu quả của quá trình dạy và học phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nội dung và chương trình môn học, hệ thống SGK, điều kiện cơ sở vật chất phục vụ cho quá trình dạy và học, việc đổi mới các phương pháp dạy học, Trong bản luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến việc sử dụng bài toán hóa học, trong đó chú trọng vào việc lựa chọn, phân loại và phương pháp giải các bài toán hóa học để nâng cao chất

lượng dạy và học môn Hóa học ở THPT

1.2 Bài tập hóa học

1.2.1 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học

Bài tập hóa học vừa là mục đích, vừa là nội dung lại vừa là phương pháp dạy học hiệu nghiệm, nó có tác dụng về nhiều mặt: trí dục, phát triển tư duy của học sinh, tác dụng giáo dục tư tưởng, giáo dục kĩ thuật tổng hợp

1.2.2 Lựa chọn và phân loại bài tập hóa học

- Để phục vụ tốt cho việc dạy và học môn Hóa học cần phải lựa chọn những bài

tập bám sát nội dung chương trình, mục tiêu của môn học, mang đậm bản chất hóa học, không phức tạp bởi các thuật toán,

- Có thể căn cứ vào các tiêu chí khác nhau để phân loại bài tập hóa học Trong luận văn này, chúng tôi phân loại bài tập hóa học dựa trên hoạt động nhận thức tư duy

của học sinh với 4 mức độ: biết, hiểu, vận dụng và vận dụng sáng tạo theo quan điểm

chỉ đạo của Bộ Giáo dục và đào tạo Việt Nam

1.2.3 Thực trạng việc sử dụng bài toán hóa học ở trường THPT hiện nay

Phân tích kết quả các phiếu điều tra giáo viên, học sinh ở 4 lớp thuộc 2 trường THPT tại Hải Phòng nhận thấy việc lựa chọn, phân loại các bài toán hóa học và giải chúng theo một phương pháp chung là một yêu cầu cần thiết đối với giáo viên và học

sinh trong việc dạy và học môn Hóa học ở THPT

1.3 Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

Các bài toán hóa học có thể giải dựa vào quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng và dựa vào các công thức chuyển đổi giữa số mol chất (n) với khối lượng (m), thể tích (V), nồng độ (C%, CM), của chất

1.3.1 Các công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học



M

nC

V

4

ct dd ct

m

mm.100%

V.d





ct dd ct

Gọi nA, nB, nC, nD là số mol của các chất A, B, C, D đã tham gia hay hình thành sau phản ứng, ta có:

nA = nB = nC = nD

Dựa vào hệ thức này ta có thể xác định được số mol của một chất bất kì khi biết

số mol của các chất khác đã tham gia hay hình thành sau phản ứng:

Để thiết lập mối quan hệ giữa nK và nA ta xuất phát từ chất K và xét quan hệ giữa

K và A bắc cầu qua các chất trung gian H và C Cụ thể theo các phản ứng (3), (2), (1):

 nK = 5/2 nH ; nH = 4/3 nC ; nC = 1/2 nA nK = 5/2 4/3 1/2 nA = 5/3 nA.

Tương tự để thiết lập mối quan hệ giữa nB và nM ta xuất phát từ chất B và cũng xét quan hệ giữa B và M bắc cầu qua chất trung gian C và H Cụ thể theo các phản ứng (1), (2), (3):

nB = 5 nC ; nC = 3/4 nH ; nH = 2/3 nM nB = 5 3/4 2/3 nM = 5/2 nM

Từ các ví dụ trên nhận thấy khi đã viết và cân bằng được các phương trình hóa học thì dễ dàng thiết lập được quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng Dựa vào các quan hệ này và các công thức đã nêu ở phần 1.3.1, có thể giải quyết được các bài toán hóa học Điều này sẽ được trình bày rõ ràng và chi tiết ở phần tiếp theo

1.3.3 Phương pháp chung giải các bài toán hóa học

Các bài toán hóa học có thể chia làm 2 loại là: Các bài toán hỗn hợp và “không hỗn hợp”:

- Các bài toán “không hỗn hợp” là các bài toán liên quan đến phản ứng của một chất qua một giai đoạn hay một dãy biến hóa

- Các bài toán hỗn hợp là các bài toán liên quan đến phản ứng của một hỗn hợp các chất

 Loại bài toán “ không hỗn hợp”

Phương pháp giải bài toán loại này là: Lập biểu thức tính đại lượng mà bài toán đòi hỏi rồi dựa vào quan hệ giữa số mol của “chất cần tính toán” với số mol của

“chất có số liệu cho trước” và dựa vào công thức để giải

 Loại bài toán hỗn hợp

Phương pháp giải bài toán loại này là: Đặt ẩn số, lập phương trình và giải phương trình để suy ra các đòi hỏi của bài toán

- Ẩn số thường đặt là số mol của các chất trong hỗn hợp

- Các phương trình được thiết lập bằng cách biểu thị mối quan hệ giữa các số liệu cho trong bài (sau khi đã đổi ra số mol chất, nếu có thể được) với các ẩn số

- Giải các phương trình sẽ xác định được các ẩn số rồi dựa vào đó suy ra các yêu cầu khác nhau của bài toán

Chú ý:

- Nhiều bài toán hóa học có số phương trình lập được ít hơn số ẩn số Trong trường hợp này để giải hệ phương trình vô định có thể dựa vào giải kết hợp với biện luận hoặc dựa vào việc tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp

- Với bài toán hỗn hợp của các chất cùng loại, có các phản ứng xảy ra tương tự nhau, hiệu suất như nhau thì có thể thay hỗn hợp đó bằng một chất có CTPTTB để

giải

Cách giải các bài toán “không hỗn hợp” và các bài toán hỗn hợp tuy có những

điểm khác nhau nhưng chúng đều thống nhất ở chỗ là đều dựa vào quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng và dựa vào các công thức biểu thị quan hệ giữa số mol chất với khối lượng, thể tích và nồng độ của chất Đó chính là nội dung của phương

pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

*

* *

Hiện nay, hình thức thi trắc nghiệm ngày càng phổ biến, đặc điểm của loại hình kiểm tra này là số lượng câu hỏi nhiều mà thời gian làm bài lại rất ngắn, vì thế, ngoài việc áp dụng phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT nêu trên học sinh

cần kết hợp và vận dụng hợp lí các định luật sẵn có trong hóa học để giải nhanh các bài toán hóa học Riêng với bài toán hóa học hữu cơ chủ yếu vận dụng 2 định luật sau:

- Định luật bảo toàn khối lượng

- Định luật bảo toàn nguyên tố

- Phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

Đây là những cơ sở lí luận và thực tiễn định hướng cho chúng tôi nghiên cứu, lựa chọn, phân loại và vận dụng phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT để giải các bài toán hóa học hữu cơ lớp 12 – THPT

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN, PHÂN LOẠI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC HỮU CƠ – PHẦN HIĐROCACBON VÀ GIẢI THEO PHƯƠNG PHÁP CHUNG GIẢI CÁC BÀI

TOÁN HÓA HỌC THPT

2.1 Tổng quan về chương trình môn Hóa học lớp 11 – phần hiđrocacbon

Chương trình môn Hóa học lớp 11 – phần hiđrocacbon được phân bổ 2 tiết/tuần với chương trình chuẩn, 3 tiết/tuần với chương trình nâng cao, bao gồm các nội dung

cơ bản sau:

- Chương 5: Hiđrocacbon no

- Chương 6: Hiđrocacbon không no

- Chương 7: Hiđrocacbon thơm Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên

2.2 Phân loại các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon và giải theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

Các bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđroacbon được phân loại theo chủ đề (bám sát cấu trúc, nội dung chương trình đối với từng chương cụ thể) và sắp xếp theo 4 mức

độ nhận thức tư duy: biết, hiểu, vận dụng và vận dụng sáng tạo với cả 2 hình thức tự

luận và trắc nghiệm khách quan và giải theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

2.2.1 Hiđrocacbon no (ankan và xicloankan)

 Tóm tắt lí thuyết

 Một số điểm lưu ý khi giải toán

 Bài toán hóa học phân theo mức độ nhận thức tư duy và giải theo phương pháp chung giải các bài toán hóa học THPT

a Dạng biết

b Dạng hiểu

c Dạng vận dụng

d Dạng vận dụng sáng tạo

 Bài toán tự luyện

2.2.2 Hiđrocacbon không no (ankan, ankađien, ankin)

2.2.3 Hiđrocacbon thơm

2.2.4 Bài toán tổng hợp

2.3 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học hữu cơ – phần hiđrocacbon theo các mức

độ nhận thức tƣ duy trong quá trình dạy học môn Hóa học lớp 11 THPT

Trong suốt quá trình dạy học đều có thể sử dụng bài toán hóa học Khi dạy bài mới có thể dùng bài toán để vào bài, để tạo tình huống có vấn đề, để chuyển tiếp từ phần này sang phần kia, để củng cố bài, để hướng dẫn học sinh học bài ở nhà

Chúng tôi lựa chọn và sử dụng hệ thống bài toán hóa học đã được biên soạn vào các hoạt động dạy học:

- Để hình thành kiến thức mới

- Để vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng của học sinh (giờ luyện tập)

- Để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh (giờ kiểm tra)

2.3.1 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy trong việc hình thành kiến thức mới

Thông thường trong một bài học giáo viên thường sử dụng bài toán theo các giai đoạn dạy học:

- Giai đoạn 1: Câu hỏi và các bài toán ở mức độ biết, hiểu và vận dụng để kiểm

tra các kiến thức cũ

- Giai đoạn 2: Giải quyết các vấn đề thuộc bài mới bằng các bài toán dạng biết và dạng hiểu

- Giai đoạn 3: Tổng kết tìm ra các logic, các mối liên hệ; thông thường sử dụng

các bài toán dạng vận dụng và vận dụng sáng tạo

Các bài toán dùng khi lên lớp để hình thành kiến thức mới là các bài toán ở dạng

biết và hiểu ứng với giai đoạn 2 ở trên

Giáo viên sử dụng các bài toán này dưới hình thức phiếu bài tập cho học sinh

2.3.2 Sử dụng hệ thống bài toán hóa học theo các mức độ nhận thức tư duy để vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng

Thực tiễn dạy học tại trường phổ thông cho thấy việc sử dụng bài toán hóa học để củng cố kiến thức mang lại hiệu quả rất cao Bởi vì nó giúp cho học sinh khắc sâu kiến thức trọng tâm và rèn luyện kĩ năng hóa học Trong các bài luyện tập, ôn tập thì bài