Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chương trình hoá học trung học phổ thông

1.4: Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử CTNT 12Chơng 2 : Nội dung và phơng pháp nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chơng trình hoá học phổ thông I/ Tính cấp thiết của đề tà

trờng đại học vinh khoa hoá học

 - -

Phạm Thị Thuỳ Nhung

trong chơng trình hoá học trung học phổ thông

-luận văn tốt nghiệp cử nhân hoá học

Chuyên ngành : Phơng pháp giảng dạy

pháp giảng dạy của khoa, đặc biệt là Thầy giáo Tiến sĩ Lê Văn Năm

- chủ nhiệm bộ môn phơng pháp giảng dạy (Khoa Hoá - Đại học Vinh), đồng thời em cũng nhận đợc sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo

và các đồng nghiệp ở trờng trung học phổ thông Yên Mô B - Tỉnh Ninh Bình.

Em xin đợc bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình đối với các thầy, cô giáo trong khoa cũng nh các thầy cô giáo ở trờng phổ thông và các bạn sinh viên đã quan tâm, giúp đỡ, góp ý kiến giúp em hoàn thành luận văn.

Vinh, ngày 5 tháng 5 năm 2002

Sinh viên : Phạm Thị Thùy Nhung

Lớp 39A Hoá - Đại học Vinh

IV/ Mục đích, nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu 6

1.1: ý nghĩa và tầm quan trọng của việc hình thành khái niệm trong

giảng dạy hoá học

8

1.2: Các giai đoạn của quá trình hình thành những khái niệm trong

chơng trình hoá học phổ thông

101.3: Nội dung nghiên cứu việc hình thành các khái niệm 11

1.4: Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử (CTNT) 12Chơng 2 : Nội dung và phơng pháp nghiên cứu khái niệm cấu tạo

nguyên tử trong chơng trình hoá học phổ thông

I/ Tính cấp thiết của đề tài :

Đất nớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá nhằmthực hiện mục tiêu dân giàu nớc mạnh, xã hội công bằng dân chủ văn minh,vững bớc đi lên chủ nghĩa xã hội Đại hội toàn quốc lần thứ IX của Đảng đãkhẳng định rằng giáo dục khoa học và công nghệ là quốc sách Chính vì vậy,

đẩy mạnh phát triển giáo dục và đào tạo là một nhiệm vụ cực kỳ quan trọng,

là một trong những động lực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đạihoá, là điều kiện để phát huy nguồn lực - yếu tố cơ bản để phát triển xã hội,tăng trởng kinh tế nhanh và bền vững

Tình hình đó đặt ra cho nhà trờng yêu cầu là dạy cái gì, học cái gì?dạy và học theo cách nào ? Chúng ta biết rằng hiệu quả của việc lĩnh hội trithức nói chung và kiến thức hoá học nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố

nh mục đích, nội dung, phơng pháp dạy học Phơng pháp gắn bó chặt chẽvới mục đích và nội dung và chịu sự quy định của mục đích và nội dung

Nh vậy, phơng pháp dạy học là yếu tố cuối cùng quyết định hiệu quả củaquá trình dạy học

Trong chơng trình hoá học phổ thông, nội dung dạy học bao gồm cáckhái niệm hoá học cơ bản Các khái niệm hoá học có vai trò cực kỳ quantrọng, đặc biệt là khái niệm cấu tạo nguyên tử Đây là một vấn đề khó dạy vàkhó học vì nội dung kiến thức trừu tợng, không thể làm thí nghiệm hoặc giảicác bài tập tính toán cần thiết để đi đến những kết luận Tình trạng hiện nay

ở trờng phổ thông cho thấy : khi dạy phần này hầu hết các giáo viên đềudùng phơng pháp diễn giảng là chính, bắt buộc học sinh phải thừa nhậnnhững điều coi nh hiển nhiên, việc nắm vững kiến thức về cấu tạo nguyên tửkhông hệ thống và không sâu sắc Đa số học sinh không hứng thú khi họcnội dung này vì không hiểu đợc quá trình hình thành và phát triển của kháiniệm Vì vậy để góp phần nâng cao hiệu quả truyền thụ khái niệm cấu tạo

nguyên tử, chúng tôi đã chọn đề tài Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên“Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên

tử trong chơng trình hoá học trung học phổ thông"

II/ Lịch sử vấn đề :

Khái niệm cấu tạo nguyên tử có tầm quan trọng đặc biệt không chỉ đốivới chơng trình hoá học phổ thông mà cả với khoa học hoá học Đã có nhiềutác giả trong và ngoài nớc quan tâm nghiên cứu về việc giảng dạy và hìnhthành khái niệm này

- ở Liên Xô cũ : Nhiều tác giả đã viết về vấn đề này, khái quát lại có 2

xu hớng :

+ Tầm khái quát : Các tác giả : Kiriuskin, Poloxin, Kleseva viết về

ý nghĩa, tầm quan trọng và các quan điểm chủ yếu trong việc nghiên cứu cấutạo nguyên tử trong chơng trình phổ thông

+ Tầm cụ thể : Các tác giả : Khôđacôp, Iaroxlap, Xmirnop, Zlonhicop,Seronêva nghiên cứu về việc giảng dạy các vấn đề cụ thể của thuyết cấutạo nguyên tử nh : mây electron, cấu tạo lớp vỏ electron

- Trong nớc :

+ Tầm khái quát có các tác giả : Nguyễn Ngọc Quang - Nguyễn Cơngviết về ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu khái niệm cấu tạonguyên tử ở trờng phổ thông

+ Tầm cụ thể có các tác giả : Nguyễn Duy ái (ĐHSP Hà Nội) NguyễnVăn Đậu, Lê Văn Năm (ĐHSP Vinh) viết về quá trình hình thành và pháttriển các khái niệm cấu tạo nguyên tử và phơng pháp giảng dạy một số nội

dung cụ thể của khái niệm này Năm 1999 - tại khoa Hoá, trờng Đại học S phạmVinh có luận văn tốt nghiệp của sinh viên Võ Thị ánh Quỳnh với đề tài : “Hình thành khái niệm cấu tạo nguyênNâng caohiệu quả giảng dạy các bài giảng “Hình thành khái niệm cấu tạo nguyênCấu tạo nguyên tử - Định luật tuần hoàn" trongchuơng trình hoá học phổ thông bằng dạy học nêu vấn đề orictic" Trong luận vănnày tác giả đã vận dụng dạy học nêu vấn đề để nâng cao hiệu quả giảng dạy các bài

": “Hình thành khái niệm cấu tạo nguyênSự chuyển động của electron trong nguyên tử" và bài “Hình thành khái niệm cấu tạo nguyênSự biến đổi tuần hoàn tínhchất của các nguyên tố hoá học" Trong đề tài này chúng tôi muốn phát triển rộng ra

về phơng pháp Ngoài phơng pháp nêu vấn đề (áp dụng tính lịch sử - logic của kháiniệm hoá học cơ bản) chúng tôi còn áp dụng thêm các phơng pháp dạy học khác nh :Trực quan; Đàm thoại; Tiên đề để nâng cao hiệu quả giảng dạy các bài : "Thànhphần cấu tạo nguyên tử, kích thớc khối lợng nguyên tử" và bài: "Hạt nhân nguyên tử

2- Đối tợng nghiên cứu :

Nội dung và phơng pháp hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử trong

ch-ơng trình hoá học trung học phổ thông

IV/ Mục đích, nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu :

1- Mục đích nghiên cứu :

Trên cơ sở đặc điểm của quá trình hình thành khái niệm hoá học cơbản nói chung và quá trình hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử nóiriêng, chúng tôi muốn áp dụng một số phơng pháp dạy học tích cực (trong

đó dạy học nêu vấn đề là trung tâm) nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy kháiniệm này trong chơng trình hoá học trung học phổ thông

2- Nhiệm vụ nghiên cứu :

Trong phạm vi một luận văn tốt nghiệp chúng tôi nhằm giải quyết nhữngvấn đề sau :

- Nghiên cứu lý thuyết hình thành khái niệm hoá học cơ bản nóichung và quá trình hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử nói riêng

- Tìm hiểu thực trạng dạy và học khái niệm cấu tạo nguyên tử ở tr ờngtrung học phổ thông hiện nay

- Vận dụng một số phơng pháp dạy học tích cực nh nêu vấn đề, tiên đề,trực quan để giảng dạy một số nội dung của chơng cấu tạo nguyên tử.

- Thực nghiệm s phạm

3- Phơng pháp nghiên cứu :

- Nghiên cứu lý thuyết :

Cơ sở lý luận : Lý thuyết về quá trình hình thành khái niệm hoá học.Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài

- Điều tra cơ bản bằng phỏng vấn, dự giờ, test

- Thực nghiệm s phạm

- Xử lý kết quả thực nghiệm bằng phơng pháp thống kê toán học

V/ Giả thuyết khoa học :

Nếu quán triệt và vận dụng có hệ thống một cách khoa học, sáng tạo tínhlịch sử - logic đối với các bài học trong chơng cấu tạo nguyên tử sẽ gây cuốn hút

đối với học sinh, từ đó phát huy tính tích cực trong học tập Nâng cao hiệu quảgiảng dạy và tạo cho học sinh thói quen t duy trừu tợng, tìm tòi khoa học

VI/ Đóng góp của đề tài :

- Lý luận : Góp phần làm sáng tỏ vai trò của lý thuyết hình thành khái niệm

hoá học cơ bản, đặc biệt là khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chơng trình hoá họctrung học phổ thông

- Thực tiễn : áp dụng lý thuyết về quá trình hình thành khái niệm hoá

học cơ bản nói chung vào nghiên cứu sự hình thành khái niệm cấu tạonguyên tử áp dụng vào bài giảng cụ thể trong chơng trình hoá học trunghọc phổ thông

phần thứ hai : Nội dung

Chơng 1 : Cơ sở lý luận của đề tài 1.1: ý nghĩa và tầm quan trọng của việc hình thành khái niệm trong giảng dạy hoá học :

1.1.1 Tầm quan trọng của các khái niệm hoá học cơ bản trong

ch-ơng trình hoá học phổ thông :

Nhiệm vụ cơ bản của việc dạy học trong nhà trờng là vũ trang cho họcsinh những cơ sở khoa học, phát triển ở họ những năng lực nhận thức vàthông qua đó mà hình thành con ngời mới của xã hội xã hội chủ nghĩa Việcdạy học theo tinh thần mới đòi hỏi nội dung trí dục phải phản ánh đợc hiệnthực một cách đúng đắn, chân thực, khách quan, chính xác, không thêm bớt,

không xuyên tạc Nó đòi hỏi chúng ta phải làm cho học sinh thấy đợc nhữngthuộc tính bản chất của thế giới vật chất, những mối liên hệ nội tại sâu xacủa sự vật và hiện tợng, phải làm cho họ thấy chúng trong sự vận động, biến

đổi và phát triển Để thực hiện đợc những nguyên tắc cơ bản của việc dạyhọc về tính t tởng và khoa học đó, nhất thiết chúng ta phải quan tâm đến việchình thành cho học sinh những quan điểm lý thuyết chủ đạo và liên quanchặt chẽ với cái đó là hình thành những khái niệm hoá học cơ bản

Trong quá trình khái quát hoá những kiến thức về các chất riêng biệt

và về những biến hoá của chúng, những khái niệm cơ bản về hoá học dầndần xuất hiện Những khái niệm đó đã trở thành điểm tựa, vũ khí cho việctiếp tục nghiên cứu các nguyên tố và các hợp chất hoá học Lúc đó nhữngkhái niệm cơ bản đợc dần dần cụ thể hoá thêm, đào sâu thêm và ngày càngphản ánh đúng đắn và đầy đủ hơn các mặt phức tạp của thực tế

Nh vậy thực chất của quá trình dạy hoá học ở trờng phổ thông là hìnhthành các khái niệm hoá học cơ bản

Muốn hoàn thành tốt nhiệm vụ này, ngời giáo viên ngoài việc nắmvững kiến thức chuyên môn thì còn phải đáp ứng yêu cầu của logic học Do

đó ngời giáo viên phải biết đợc bộ môn mình giảng dạy cần công cụ logicnào, nội dung kiến thức liên quan đến nó ra sao, trong quá trình giảng dạyvận dụng những thao tác t duy gì để định nghĩa và chứng minh khái niệm,vận dụng khái niệm nh thế nào để xây dựng các phán đoán suy lý

Đây là nhiệm vụ hết sức quan trọng có ý nghĩa trí dục, đức dục lớn lao

mà ngời giáo viên phải thực hiện một cách có trách nhiệm với nghệ thuậtcao

1.1.2 Vị trí và vai trò của khái niệm trong quá trình nhận thức:

a- Quan điểm của chủ nghĩa duy vật biện chứng về diễn biến của quá trình nhận thức :

Theo Lê Nin, nhận thức nói chung là một quá trình biện chứng, là sựvận động “Hình thành khái niệm cấu tạo nguyênTừ trực quan sinh động đến t duy trừu tợng và từ t duy trừu tợngtrở về thực tiễn"

Trực quan sinh động chính là nhận thức cảm tính từ đó tạo nên kháiniệm Trong hoá học thực tiễn chính là quan sát và thí nghiệm Trên cơ sở

thực tiễn đợc lặp đi lặp lại nhiều lần, nhận thức chuyển lên một giai đoạncao hơn nhờ các thao tác t duy nh phân tích, tổng hợp, so sánh khái quáthoá để tạo nên khái niệm.

b- Các hình thức t duy của con ngời :

Sau khi đã có khái niệm, con ngời vận dụng các khái niệm để phán

đoán suy lý và tạo ra hệ thống lý luận Đây là giai đoạn t duy trừu tợng Nhvậy t duy trừu tợng đợc thể hiện qua 3 hình thức : t duy khái niệm, t duyphán đoán và t duy suy lý

*) T duy khái niệm :

Khái niệm là sản phẩm cao của quá trình nhận thức và là hình thứckhởi đầu của t duy trừu tợng Nó là tế bào tạo nên cơ thể nhận thức Tronggiảng dạy hoá học, thông qua các khái niệm cơ bản nh axít, bazo, phản ứnghoá học giáo viên truyền thụ tri thức hoá học cho học sinh Khi đã có kháiniệm thì có thể vận dụng khái niệm để phán đoán

Từ đó có phán đoán thứ ba : khi đốt xăng thì tạo ra khí CO2.

Trong giảng dạy hoá học việc vận dụng các thao tác t duy và các hìnhthức t duy sẽ có tác dụng truyền thụ kiến thức và phát triển t duy cho họcsinh

1.2 Các giai đoạn của quá trình hình thành những khái niệm trong chơng trình hoá học phổ thông :

Trên cơ sở phân tích cấu trúc chơng trình hoá học phổ thông dựa vàocác học thuyết, các định luật hoá học cơ bản đợc đa vào chơng trình, đồngthời cũng tuân theo quy luật nhận thức luận và tính phát triển biện chứng củamỗi khái niệm chúng ta phân chia các giai đoạn hình thành và phát triểnkhái niệm hoá học cơ bản ở phổ thông là :

a Nghiên cứu khái niệm trên cơ sở thuyết nguyên tử - phân tử

b Nghiên cứu khái niệm trên cơ sở thuyết cấu tạo nguyên tử - địnhluật tuần hoàn - hệ thống tuần hoàn (thuyết electron - ion)

c Nghiên cứu khái niệm trên cơ sở thuyết electron - ion và thuyết cấutạo hoá học

Sự phân chia này không có tính tuyệt đối và giữa các giai đoạn đócũng không tách rời nhau mà quá trình hình thành và phát triển khái niệm làmột thể thống nhất biện chứng

1.3 Nội dung nghiên cứu việc hình thành các khái niệm :

Quá trình nhận thức (học tập) của học sinh cũng tuân theo quy tắcnhận thức luận của Lê Nin : “Hình thành khái niệm cấu tạo nguyênTừ trực quan sinh động (tri giác đối t ợng) đến

t duy trừu tợng (bản chất của sự vật, hiện tợng, xây dựng khái niệm phán

đoán suy lý ) rồi trở về thực tiễn (vận dụng lý thuyết)"

Tuy nhiên quá trình nhận thức của học sinh có một số điểm khác biệtvới quy luật là nhận thức cái đã biết, do đó có thể tiến hành nhanh hơn dựavào kiến thức cơ bản

Trình tự nghiên cứu một khái niệm hoá học cơ bản có thể tiến hành

nh sau :

a Xét tầm quan trọng của khái niệm đối với hoá học nói chung và

ch-ơng trình hoá học phổ thông nói riêng

b Nghiên cứu nội dung khái niệm ở các giai đoạn khác nhau

c Những đặc điểm cần chú ý về phơng pháp s phạm trong quá trìnhgiảng dạy khái niệm

1.4 Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử :

1.4.1 ý nghĩa và tầm quan trọng của việc nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trờng phổ thông :

Khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trờng phổ thông là một lý thuyết vôcùng quan trọng, việc nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử sẽ giúp họcsinh sáng tỏ nhiều vấn đề, cụ thể là :

a- Về nội dung kiến thức :

Thuyết cấu tạo nguyên tử soi sáng bản chất các khái niệm hoá học cơbản khác và là kim chỉ nam để nghiên cứu chơng trình hoá học phổ thông

*) Nguyên tử có cấu tạo phức tạp :

Giải quyết vấn đề này không chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức vềcấu tạo nguyên tử, tính lịch sử của sự phát triển khái niệm nguyên tử mà cả

về quan điểm triết học về nhận thức luận

*) Vai trò của hạt nhân nguyên tử đối với bản chất nguyên tố hoá học:

Hoá học hiện đại coi nguyên tố hoá học là một dạng gồm tất cả cácnguyên tử có cùng điện tích hạt nhân, tính bằng số thì bằng số thứ tự củanguyên tố Từ đó mở ra ý nghĩa vật lý của số thứ tự các nguyên tố bảng hệthống tuần hoàn

*) Cấu tạo lớp vỏ electron, đặc biệt là lớp vỏ electron hoá trị quyết

định tính chất hoá học của nguyên tố.

*) Mở ra bản chất liên kết hoá học, hoá trị

Mối liên kết hoá học của các nguyên tử (ion, ) đợc coi nh kết quảcủa sự thay đổi vị trí các electron trong nguyên tử và mối liên quan tong hỗgiữa các electron của các nguyên tử khác nhau

Mặt khác cấu tạo nguyên tử còn soi sáng bản chất của hoá trị, bảnchất của phản ứng hoá học nói chung và phản ứng oxi hoá khử nói riêng

Đặc biệt là soi sáng cho định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn, đồngthời củng cố sâu các khái niệm đã nghiên cứu nh chất, nguyên tố hoá học

b- Về sự phát triển năng lực nhận thức :

Đồng thời với việc phát triển chiều sâu của kiến thức, khái niệm cấutạo nguyên tử còn giúp học sinh phát triển các thao tác t duy nh phân tích,tổng hợp, so sánh

c- Việc nắm vững cấu tạo nguyên tử cũng có ý nghĩa lớn đối với

việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh, giúp học sinh hiểu các quá

trình hoá học xảy ra trong sản xuất hoá học Việc mở ra bản chất của phảnứng hoá học trên cơ sở thuyết cấu tạo nguyên tử sẽ giúp học sinh hiểu sâucác quá trình sản xuất hoá học và mở ra triển vọng có khả năng điều kiểncác quá trình đó theo hớng có lợi cho con ngời.

d- Về việc giáo dục thế giới quan duy vật biện chứng :

Thuyết cấu tạo nguyên tử đả phá quan điểm cho rằng nguyên tử làphần tử nhỏ nhất của vật chất Đồng thời chứng minh khả năng nhận thứcthế giới của con ngời là vô tận, không có giới hạn

1.4.2 Các giai đoạn hình thành và phát triển khái niệm cấu tạo nguyên tử :

a- Thời cổ đại và trung cổ :

- Thời cổ đại :

Thế kỷ V trớc công nguyên, quan điểm đầu tiên về nguyên tử doLoxip và Đemocrit đa ra : Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của vật chất không thểphân chia đợc nữa Nguyên tử không tự biến mất hay tự tạo ra, chúng vĩnhviễn tồn tại và vận động Tất cả những hiện tợng của vũ trụ, mọi thay đổitrong thiên nhiên, sự sinh ra và chết đi của muôn vàn thế giới đều là kết quảcủa sự vận động vĩnh viễn của nguyên tử, đều là do sự kết hợp và phân huỷcủa chúng tạo nên

- Thời trung cổ :

Thuyết nguyên tử bị cấm đoán bởi luật của các nhà thờ thiên chúa

- Thế kỷ XVII - XVIII : Giả thuyết về sự tồn tại của nguyên tử lại đợc

phục hồi do công lao của nhiều nhà bác học nh R.Bôi (ngời Anh),Lômônôxôp (ngời Nga), Avôgadrô (Italia)

b- Thời kỳ thuyết nguyên tử của Đanton :

Đến thế kỷ XIX : Nhà bác học ngời Anh J.Đanton là ngời hoàn thành

thuyết nguyên tử Ông cho rằng mọi chất đều đợc tạo nên từ những hạt nhỏnhất, không phân chia đợc nữa gọi là nguyên tử Các nguyên tử liên kết vớinhau bằng những lực hút tơng hỗ

Nh vậy thuyết nguyên tử của Đanton là cơ sở đa vào hoá học kháiniệm khối lợng nguyên tử của các nguyên tố Ngay thời đó đã có những dự

đoán đúng về nguyên tử khối của nhiều nguyên tố

Nhng cạnh đó thuyết nguyên tử của Đanton cha nhìn thấy sự khácnhau về chất giữa nguyên tử đơn giản và nguyên tử phức tạp coi nguyên tửphức tạp nh một tổ hợp cơ học các nguyên tử đơn giản Đồng thời ông khôngchịu chấp nhận rằng các chất đơn giản (đơn chất) cũng có thể gồm cácnguyên tử phức tạp (phân tử) và còn cho rằng nguyên tử không có chuyển

động nào đặc biệt ngoài chuyển động nhiệt

c- Thuyết cấu tạo nguyên tử theo Rơzơfo và Bo

Cho tới thế kỷ XIX có nhiều phát minh quan trọng : Tia Rơnghen, tia

âm cực, hiện tợng phóng xạ cho thấy quan niệm cũ về nguyên tử khôngcòn phù hợp nữa Trong đó các sự kiện đặc biệt đáng chú ý là :

- Sự tìm ra tia âm cực, khám phá ra electron (cụ thể trong bài soạnthực nghiệm)

Năm 1897, electron đợc phát hiện do công lao của nhiều nhà bác học,chủ yếu là nhà vật lý học ngời Anh Thomson

Thực nghiệm chứng tỏ electron có mặt ở mọi chất, nó là một trongnhững thành phần cấu tạo nên nguyên tử của nguyên tố hoá học

Năm 1909 nhà vật lý học ngời Mỹ là Miliken đã xác định chính xác

điện tích của electron và khối lợng của nó

Cũng vào thời đó, nhà vật lý học ngời Pháp Becoren và ông bà Pie

- MariQuyri phát hiện ra hiện tợng phóng xạ, các nguyên tố phóng xạ có khảnăng phát ra những tia phóng xạ và biến thành những nguyên tử nguyên tốkhác

Việc khám phá ra các hạt còn nhỏ hơn nguyên tử chứng tỏ rằngnguyên tử có cấu tạo phức tạp, nguyên tử có thể phóng ra những hạt có khốilợng nhỏ hơn và biến đổi thành nguyên tử của nguyên tố khác

Vậy nguyên tử có cấu tạo nh thế nào ?

- Có thể là nguyên tử ở thể đồng nhất và nó bị vỡ ra thành các mảnhkhác nhau

- Cũng có thể nguyên tử đợc tạo nên từ các loại hạt khác nhau và taquan sát đợc riêng biệt từng loại hạt.

- Hay còn có những khả năng khác nữa ?

Từ những sự kiện thực nghiệm đó, ngời ta tìm hiểu thành phần cấu tạonguyên tử

*) Thí nghiệm chứng tỏ sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử (năm 1911)

Cho đến cuối thế kỷ XIX, những tài liệu thực nghiệm về hiện tợngphóng xạ, tia âm cực cho thấy thành phần cấu tạo nguyên tử đều cóelectron và có những hạt mang điện tích dơng Vấn đề đặt ra là, trongnguyên tử, electron và các phần tử tích điện dơng đợc sắp xếp nh thế nào ?

Năm 1911 nhà bác học ngời Anh là Rơzơfo (học trò của Thomson) đãgiải đáp đợc câu hỏi đó khi nghiên cứu quá trình những hạt  đi xuyên quacác chất khác nhau

Rơzơfo và các đồng sự chiếu một chùm hạt  (phát ra từ chất phóngxạ) xuyên qua 1 lá vàng mỏng (dày ~ 1 micromet) và dùng một màn huỳnhquang để theo dõi đờng đi của hạt  Mỗi khi hạt  đập vào màn thì loé lênmột điểm sáng (hình 1)

Các ông nhận thấy :

- Hầu hết các hạt  đều xuyên qua lá vàng mà không bị lệch đờng đi Điều

đó chứng tỏ nguyên tử không phải là những hạt đặc khít mà nó cấu tạo rỗng

- Một số ít hạt (1/80000) bị lệch hớng ban đầu và đôi khi có hạt bật trởlại sau khi đập vào lá vàng

- Khi tăng độ dày của lá vàng lên 2 lần thì số hạt bật trở lại cũng tănglên khoảng 2 lần Nhng đại đa số các hạt vẫn xuyên qua lá vàng theo hớngban đầu.

Nh vậy giải thích điều đó ra sao ?

Giải thích hiện tợng đó là :

Các hạt  tích điện dơng, chúng bị lệch đờng đi hoặc bị bật trở lại chỉ

có thể là do chúng đến gần các phân tử điện tích khác có độ tập trung rất caonên bị đẩy vì chỉ có một phần rất nhỏ các hạt  bị lệch hớng nên Rozofo chorằng các hạt tích điện dơng tập trung ở tâm, còn các hạt electron thì quayxunh quanh trong thể tích ứng với thể tích của nguyên tử

*) Sự khám phá ra hạt Proton

Năm 1916 Miliken đã khám phá ra hạt proton và những đặc tính của

nó Mặt khác cũng xác định đợc rằng hạt nhân nguyên tử hiđro có điện tích

đúng bằng điện tích của electron nhng ngợc dấu và nặng hơn hạt electron

1840 lần

*) Sự khám phá ra hạt nơtron

Năm 1932 Chatwich, cộng tác viên của Rozofo đã khám phá ra hạtnơtron

Những dữ kiện thực nghiệm đó và các thí nghiệm sau đó đã xác nhận

sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử Xác định thành phần cấu tạo hạt nhânnguyên tử Từ đó xác định thành phần cấu tạo nguyên tử

*) Sự tìm ra các đồng vị :

Năm 1913 Tomxon đã phát minh ra khối phổ kế có thể xác định đợckhối lợng của từng nguyên tử riêng biệt thay cho việc xác định khối lợngnguyên tử trung bình trớc đó Sau đó ngời ta lần lợt phát hiện ra đồng vị củahầu hết các nguyên tố và đặc biệt lu ý : Tỉ lệ đồng vị của một nguyên tố baogiờ cũng không đổi, không tuỳ thuộc vào các hợp chất hoá học chứa các

đồng vị đó

*) Các hạt cơ bản khác :

Ngoài các hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử là e, p, n còn có nhữngloại hạt khác có trong thành phần cấu tạo nguyên tử Nhng đối với chơngtrình phổ thông, chỉ cần nghiên cứu ba loại hạt e, p, n là đủ.

* Những u điểm và những thiếu sót của mẫu Rơzơfo - Bo

- u điểm :

Mẫu nguyên tử hành tinh của Rơzơfo - Bo cho phép giải thích sự phátsinh của các quang phổ vạch hiđro và tính toán tần số của các vạch đó màsuốt ba thập kỷ các nhà bác học không giải đáp đợc

- Hạn chế :

Mẫu nguyên tử Rozofo - Bo cho ta một hình ảnh đơn giản nhng không

đúng đắn về cấu tạo nguyên tử

Việc đa ra quỹ đạo tròn và bầu dục (elíp) là không có căn cứ Theo

điện động lực học khi một vật mang điện chuyển động sẽ bị mất năng lợng(phát ra năng lợng) dới dạng bức xạ điện từ Nh vậy electron không thể quaymãi trên 1 quỹ đạo cố định mà phải dần và đi vào hạt nhân, kết quả lànguyên tử bị phá vỡ Nhng thực tế nguyên tử rất bền

Mặt khác thuyết không giải thích đợc nguyên nhân và bản chất của liênkết hoá học, một vấn đề đặc biệt quan trọng để nghiên cứu thế giới hoá học

Vì vậy mẫu Bo phải đợc thay thế bằng một mẫu khác phù hợp với thực

tế đó chính là cấu tạo nguyên tử theo lý thuyết cơ học lợng tử

d) Cấu tạo nguyên tử theo lý thuyết cơ học lợng tử

Nhờ công trình nghiên cứu của các nhà bác học ĐoBrơi, Haydenbec,Srơdingơ, Paoli môn cơ học mới ra đời nghiên cứu chuyển động của cáchạt vi mô, đó là cơ học lợng tử

Giải phơng trình srơdingơ, ngời ta thu đợc những kết quả sau :

- Xác định đợc các mức năng lợng của electron trong nguyên tử

- Tính đợc xác suất có mặt của electron trong nguyên tử ở một vị trínào đó tại thời điểm nào đó

- Tính đợc khoảng cách trung bình giữa electron và hạt nhân nguyên tử

*) Các số lợng tử :

Trạng thái của electron trong nguyên tử đợc xác định bằng 4 số lợngtử.

*) Chuyển động của electron xung quanh hạt nhân :

Electron trong nguyên tử chuyển động không ngừng với tốc độ rất lớnxung quanh hạt nhân tích điện dơng, cơ học lợng tử cho biết rằng không thểxác định đợc quỹ đạo của electron trong nguyên tử

Khái niệm quỹ đạo electron trong nguyên tử không còn ý nghĩa Tấtcả những gì có thể biết về electron trong nguyên tử là khả năng tìm thấyelectron (hay xác suất có mặt của electron) ở gần một điểm nào đó xungquanh hạt nhân tại một thời điểm nào đó

Chơng 2 : Nội dung và phơng pháp nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chơng trình

Nội dung kiến thức hiện đại cần nắm

a- Thành phần cấu tạo nguyên tử

Bao gồm lớp vỏ và hạt nhân đợc cấu tạo từ 3 loại hạt cơ bản :

Khối lợng Điện tích Kích thớc

Líp vá electron e 9,1.10 -31 kg hay

0,00055 ®v.C

- 1,6.10 -19 C hay (1-) ®v®t

A1, A2, A3, là số khối mỗi đồng vị

c) Trạng thái electron trong nguyên tử :

*) Sự chuyển động của các electron trong nguyên tử, obitan nguyên tử :

Các electron trong nguyên tử chuyển động theo những quỹ đạo khôngxác định với vận tốc rất lớn tạo nên đám mây tích điện âm bao quanh hạtnhân

Obitan nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân, trong

đó tập trung phần lớn xác suất có mặt của các electron (khoảng 95%)

*) Lớp electron :

Các electron có mức năng lợng xấp xỉ nhau thì đợc xếp vào cùng mộtlớp

Các lớp electron đợc xếp từ trong ra ngoài và đợc đánh số n

= 1, 2, 3, 4, hoặc đợc ký hiệu bằng dãy chữ cái lớn K, L, M, N, tơngứng

*) Phân lớp electron :

Các electron có mức năng lợng nh nhau thì đợc xếp vào một phân lớp

Do đó mỗi lớp có 1 hay nhiều phân lớp, các phân lớp đợc ký hiệu bằng cácchữ thờng : s, p, d, f

Những luận điểm chung về sự phân bố electron trong nguyên tử theolớp, phân lớp, số electron tối đa và cấu hình electron của các nguyên tử đợctóm lợc trong bảng sau :

Tổng số e trên phân lớp, lớp (2n 2 ) Cấu hình e và các ô lợng tử các lớp xếp đầy e

1-K 0 1s 1 1 2 2 1s2

Trong nguyên tử các electron đợc sắp xếp vào các obitan nh thế nào

để số electron độc thân là tối đa

2.2 Đặc điểm phơng pháp giảng dạy khi nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử :

2.2.1 Mối quan hệ giữa mục đích - nội dung - phơng pháp khi nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử :

Trong quá trình dạy học, mục đích, nội dung và phơng pháp dạy họcgắn bó chặt chẽ thống nhất và biện chứng với nhau Trong đó mục đích dạyhọc (M) và nội dung dạy học (N) quy định phơng pháp dạy học (P) Quyluật đó đợc biểu diễn theo sơ đồ :

M N P Khi nghiên cứu quá trình hình thành và phát triển các khái niệmhoá học cơ bản, ngời ta đã phát hiện ra một đặc điểm rất quan trọng là tínhlịch sử- logic của chúng Đặc tính này lại rất quan trọng đối với việc hoạt

động hoá nhận thức của học sinh trong quá trình học tập Thực tế cho thấy

rằng học sinh sẽ gặp khó khăn rất nhiều trong việc tiếp thu một khái niệmhoá học nào đấy nếu nh quá trình nhận thức khái niệm đó không phù hợp vớilogic phát triển của nó trong khoa học Xuất phát từ đó chúng tôi muốn dựavào tính lịch sử - logic của khái niệm, định luật và học thuyết hoá học cơbản để xây dựng và giải quyết các tình huống có vấn đề nhằm nâng cao hiệuquả giảng dạy nội dung này theo hớng hoạt động hoá ngời học.

Trớc hết chúng ta tìm hiểu nội dung khái niệm về tính lịch sử - logiccủa khái niệm hoá học cơ bản

a- Tính lịch sử - logic của một khái niệm, định luật, học thuyết hoá học:

Chúng ta biết rằng quá trình nhận thức của con ngời về một vấn đềnào đó (một khái niệm, định luật ) thờng không có giới hạn tuyệt đối Quátrình đó luôn luôn phát triển và đi sâu vào bản chất của vấn đề qua nhiềugiai đoạn với các mức độ khác nhau :

Bản chất bậc 1  Bản chất bậc 2  Bản chất bậc 3

Sau mỗi giai đoạn, mỗi khái niệm hay định luật vừa đợc hình thành lạidần dần trở nên lạc hậu về nội dung khoa học, thậm chí bế tắc trớc những

đòi hỏi mới của thực tiễn Từ đó buộc con ngời phải xem xét lại quan điểmhiện tại, tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa để đề xuất giả thuyết mới, xâydựng một quan điểm lý thuyết mới Nói cách khác việc phát minh ra địnhluật hay một khái niệm khoa học mới thờng đợc quy định bởi những phátminh trớc đó của khoa học Đó là một tất yếu khách quan và cũng là mộtyêu cầu về nguyên tắc lịch sử

b- Quá trình nhận thức của học sinh theo quan điểm lịch sử - logic của khái niệm khoa học và việc áp dụng dạy học nêu vấn đề.

Quá trình học tập của học sinh có nhiều nét giống với quá trình nhậnthức khoa học, vì rằng trong quá trình đó có sự khôi phục lại con đờng tìmtòi khoa học ở một mức độ nhất định và dẫu sao học sinh cũng thực hiệnmột phát minh khoa học độc đáo với bản thân mình Tất nhiên điều này cònphụ thuộc vào phơng pháp dạy học mà giáo viên sử dụng Cũng nh trong quátrình nhận thức nói chung, việc học tập bắt đầu từ việc tri giác những sự kiện

và những hiện tợng mới, học sinh cũng phải va chạm với những điều mâuthuẫn nhau Chính những mâu thuẫn và những khó khăn trong bài toán nhận

thức là những tình huống có vấn đề của học sinh, nó sẽ kích thích t duy vàgây hứng thú nhận thức cho học sinh.

Nh vậy, chúng ta thấy rằng tính lịch sử - logic của khái niệm khoa họcnói chung và khái niệm hoá học nói riêng với dạy học nêu vấn đề có mốiquan hệ đặc biệt Trong đó tính lịch sử - logic khoa học và những đặc trngcủa nó có tác dụng lôi cuốn một cách tự nhiên dạy học nêu vấn đề Nếu nhtính lịch sử - logic của một khái niệm hoá học cơ bản đợc phản ánh trong ch-

ơng trình sách giáo khoa thì theo chúng tôi, mối quan hệ giữa nội dung,

ph-ơng pháp và hiệu quả của việc dạy học có thể đợc biểu diễn theo sơ đồ sau :

2.2.2 Đặc điểm phơng pháp giảng dạy khái niệm cấu tạo nguyên tử:

a) Sử dụng tính lịch sử - logic của khái niệm cấu tạo nguyên tử để

áp dụng dạy học nêu vấn đề:

Nh phần mở đầu đã nói, khái niệm cấu tạo nguyên tử là vấn đề khódạy và khó học, nội dung kiến thức trừu tợng không thể làm thí nghiệm hoặcgiải các bài tập tính toán cần thiết để đi đến những kết luận Học sinh phảithừa nhận những điều hầu nh đã hiển nhiên Tuy vậy tính lịch sử -logic củakhái niệm này lại có những đặc điểm mà chúng ta có thể áp dụng để tạo tìnhhuống có vấn đề, giải quyết vấn đề, gây hứng thú và từ đó giúp học sinh tiếpthu tốt khái niệm này

Khái niệm cấu tạo nguyên tử đợc hình thành và phát triển dựa trênthành tựu của nhiều thế hệ các nhà bác học Cứ mỗi thành tựu là một lời giải

đáp cho bài toán nhận thức về nguyên tử ở mỗi giai đoạn lịch sử và sau đólại xuất hiện mâu thuẫn giữa thuyết nguyên tử đang tồn tại và những phát

Quá trình học tậpnhận thức củahọc sinh

Tính lịch sử - logic

của khái niệm hoá

học cơ bản

Hiệu quả, tíchcực sáng tạo

Dạy học nêuvấn đề(orictic)

hiện mới của thực tiễn Đó lại là một bài toán nhận thức mới về nguyên tửcần đợc giải đáp.

Về khái niệm cấu tạo nguyên tử, nh đã trình bày ở trên, có 2 vấn đề cần

đợc giải quyết : thành phần cấu tạo và trạng thái tồn tại của các thành phần đó

*) Vấn đề 1 : Thành phần cấu tạo nguyên tử :

Giáo viên hớng dẫn vấn đề bằng cách kể vắn tắt lịch sử một công trìnhnghiên cứu về nguyên tử của các nhà bác học

- Thời cổ đại : (thế kỷ V trớc công nguyên) quan điểm đầu tiên vềnguyên tử do Loxip và Democrit đa ra : Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của vậtchất, không thể phân chia đợc nữa

- Thời trung cổ : Thuyết nguyên tử bị cấm đoán bởi luật của các nhàthờ thiên chúa

- Thế kỷ XVII : Thuyết nguyên tử đợc khôi phục do công lao của nhiềunhà bác học và JonĐantơn là ngời hoàn chỉnh thuyết nguyên tử : mọi chất đều đ-

ợc tạo nên từ những hạt nhỏ nhất không phân chia đợc nữa đó là nguyên tử

- Thế kỷ XIX : Xuất hiện các phát minh mới : Tia Ronghen, tia âmcực và hiện tợng phóng xạ Những phát minh này cho thấy quan niệm cũ

về nguyên tử không còn phù hợp nữa

Vậy nguyên tử còn đợc cấu tạo bởi những thành phần nào nữa ?

Với cách đặt vấn đề nh trên, chúng ta đã dẫn dắt học sinh vào các nộidung cụ thể một cách tự nhiên, thoải mái

*) Vấn đề 2 : Cấu trúc nguyên tử :

Trạng thái tồn tại của các thành phần cấu tạo nên nguyên tử, trật tựsắp xếp đứng yên hay chuyển động, chuyển động nh thế nào ?

Giáo viên điểm qua các mẫu nguyên tử của Rơzơfo và Bo, nói rõnhững u điểm, hạn chế của các mẫu nguyên tử nói trên

Chính những hạn chế của thuyết Rozofo - Bo khi giải thích các vấn đềthực tiễn đã mở đờng cho việc hình thành và phát triển khái niệm cấu tạonguyên tử theo quan điểm cơ học lợng tử

b) Một số phơng pháp dạy học khác có thể áp dụng khi truyền thụ khái niệm cấu tạo nguyên tử:

Nh trên đã nói, tính lịch sử - logic của khái niệm hoá học cơ bản đãtạo điều kiện để áp dụng dạy học nêu vấn đề Thông qua đó học sinh tiếp