Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module nhằm tăng cường năng lực tự học chương “hóa học vật liệu” và “phản ứng đốt cháy nhiên liệu”, học phần khoa học tự nhiên 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THU HÀ THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN THEO MODULE NHẰM TĂNG CƯỜNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHƯƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN THU HÀ

THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN

THEO MODULE NHẰM TĂNG CƯỜNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHƯƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY

NHIÊN LIỆU”, HỌC PHẦN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ

HÀ NỘI – 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN THU HÀ

THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN

THEO MODULE NHẰM TĂNG CƯỜNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHƯƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY

NHIÊN LIỆU”, HỌC PHẦN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

TS ĐĂNG THỊ THU HUYỀN

HÀ NỘI – 2019

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đăng Thị Thu Huyền –

người đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn, luôn tận tâm chỉ bảo và định hướng giúp

đỡ em trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp

Em xin cảm ơn gia đình, anh em, bạn bè, những người đã luôn ở bên, chia sẻ, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình em làm khóa luận tốt nghiệp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng khóa luận của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để khóa luận hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2019

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

7 Giả thuyết khoa học 2

8 Đóng góp mới của đề tài 2

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 3

1.1 Đổi mới phương pháp dạy học 3

1.2 Cơ sở lí thuyết của quá trình tự học 4

1.2.1 Khái niệm tự học 4

1.2.2 Các kĩ năng tự học 5

1.2.3 Quy trình tự học 6

1.2.4 Các hình thức tự học 6

1.2.5 Tác dụng của tự học 7

1.2.6 Năng lực tự học 8

1.3 Module dạy học 11

1.3.1 Khái niệm module dạy học 11

1.3.2 Những đặc trưng cơ bản của một module dạy học 11

1.3.3 Cấu trúc của một module dạy học 11

1.4 Tài liệu tự học có hướng dẫn theo module 13

1.4.1 Khái niệm tài liệu tự học hướng dẫn theo module 13

1.4.2 Cấu trúc nội dung tài liệu tự học 13

1.4.3 Phương pháp tự học có hướng dẫn theo module 14

1.5 Hướng dẫn cách học theo module 16

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN THEO MODULE CHƯƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU” 17

2.1 Cấu trúc học phần khoa học tự nhiên 2 17 2.2 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Hóa học vật liệu” 17 2.3 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Phản ứng đốt cháy nhiên liệu” 51

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Biểu hiện của năng lực tự học 9

Hình 1.2: Cấu trúc của một module dạy học 12

Hình 7.1: Nhà máy xi măng Hải Phòng 20

Hình 7 2: Sơ đồ lò quay sản xuất clinker 22

Hình 7.3: Bụi từ quá trình sản xuất xi măng 23

Hình 7.4: Cửa làm từ thủy tinh 25

Hình 7.5: Bát, đĩa làm từ thủy tinh 25

Hình 7.6: Dụng cụ trong phòng thí nghiệm làm từ thủy tinh 25

Hình 7.7: Sơ đồ quá trình sản xuất thủy tinh 26

Hình 7.8: Sản phẩm thủy tinh được khắc bằng HF 28

Hình 7.9: Sản phẩm thủy tinh được khắc bằng máy khắc laser 28

Hình 7.10: Làng gốm Bát Tràng 29

Hình 7.11: Một số sản phẩm làm từ gốm 29

Hình 7.12: Một số sản phẩm từ sứ 31

Hình 7.13: Vôi sống (CaO) 36

Hình 7.14: Sơ đồ lò nung vôi công nghiệp 38

Hình 7.15: Một số ứng dụng của vôi 39

Hình 7.16: Một số sản phẩm làm từ PE 41

Hình 7.17: Một số sản phẩm làm từ PVC 41

Hình 7.18: Kính ô tô, máy bay được làm từ poly(methyl methacrylate) 42

Hình 7.19: Chảo chống dính làm từ teflon 42

Hình 7.20: Một số sản phẩm làm từ cao su thiên nhiên 46

Hình 7.21: Một số sản phẩm từ vật liệu composite 49

Hình 8.1: Đốt cháy nhiên liệu rắn (than) 53

Hình 8.2: Đốt cháy gỗ, rơm, rạ 53

Hình 8.3: Khai thác than 54

Hình 8.4: Xe Fiat 147 chạy hoàn toàn bằng nhiên liệu ethanol 56

Hình 8.5:Tháp khoan khai thác dầu mỏ và khí thiên nhiên 58

Hình 8.6: Sơ đồ hoạt động và ứng dụng của hầm biogas 59

Hình 8.7: Xe Toyota Fine N sử dụng pin nhiên liệu 62

Hình 8.8: Cơ cấu hoạt động của pin Lithium - air 62

Hình 8.9: Nhà máy điện hạt nhân Gundremmingen 63

Hình 8.10: Các tấm pin năng lượng mặt trời có trục xoay 63

Hình 8.11: Sơ đồ khai thác năng lượng địa nhiệt 63

Hình 8.12: Sử dụng năng lượng khi đốt cháy vào thực tiễn 66

Hình 8.13: Sử dụng nhiên liệu tiết kiệm và hiệu quả 68

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 7.1: Ứng dụng của vật liệu polymer trong một số lĩnh vực 40

hóa, đang tác động mạnh mẽ đến giáo dục trên tất cả phương diện

Để đáp ứng được nhu cầu của thời đại, Đảng và Nhà nước ta đã đưa ra nghị quyết số 29/TW hội nghị TW 8 (khóa XI) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội và hội nhập quốc tế [14]

Tự học đóng một vai trò rất quan trọng trên con đường học vấn của mỗi con người, luôn là phương pháp học tập hiệu quả, ít tốn kém và phù hợp cho mọi đối tượng Tự học là chìa khóa vàng của giáo dục, là yếu tố quyết định sự phát triển các phẩm chất nhân cách và quyết định chất lượng học tập của sinh viên, chất lượng đào tạo của ngành giáo dục Tự học là con đường tốt nhất để phát triển và hoàn thiện bản thân cũng như khai thác tối đa tài năng của mỗi người, đồng thời cũng là con đường nhanh chóng để đưa sự nghiệp giáo dục nước ta tiến kịp các nước trong khu vực và trên thế giới

Mạng internet đang phát triển nhanh chóng, đó là nguồn cung cấp thông tin khổng lồ cho việc nghiên cứu tài liệu của sinh viên Tuy nhiên, cũng có bất cập đó là lượng kiến thức quá lớn, sinh viên không thể hiểu hết và khó khăn trong việc tìm hiểu

Trong quá trình tự hình thành và nâng cao năng lực tự học cho sinh viên, mỗi giảng viên cần hướng dẫn sinh viên xác định động cơ học tập một cách đúng đắn Giảng viên tích cực đổi mới phương pháp dạy học để giúp nâng cao năng lực tự học cho sinh viên

Module dạy học là một hướng đi trong thiết kế tài liệu và tổ chức dạy học học bằng phương pháp tự học có hướng dẫn, nhờ các module mà người học từng bước đạt được kiến thức, kỹ năng và thái độ trong từng module Phương pháp này giúp người học học tập ở lớp và ở nhà có hiệu quả và có thể học tập bất cứ lúc nào và bất cứ đâu

Xuất phát từ những lý do trên em đã lựa chọn đề tài: Thiết kế tài liệu tự học có

hướng dẫn theo module nhằm tăng cường năng lực tự học chương “Hóa học vật liệu” và “Phản ứng đốt cháy nhiên liệu”, học phần Khoa học tự nhiên 2

2

2 Mục đích nghiên cứu

Góp phần tăng cường năng lực tự học cho sinh viên khi học học phần Khoa học Tự nhiên 2 (đặc biệt là về chương 7: Hóa học vật liệu và chương 8: Phản ứng đốt cháy nhiên liệu) thông qua việc thiết kế các module

3 Đối tượng nghiên cứu

Mối quan hệ giữa phương pháp tự học có hướng dẫn theo module với chất

lượng học hai chương Hóa học vật liệu và Phản ứng đốt cháy nhiên liệu của học

phần Khoa học tự nhiên 2 và nghiên cứu cách sử dụng tài liệu đó để tăng cường năng lực tự học cho sinh viên

4 Phạm vi nghiên cứu

Nội dung hai chương Hóa học vật liệu và Phản ứng đốt cháy nhiên liệu của

học phần Khoa học tự nhiên 2 ở trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module của hai chương Hóa học

vật liệu và Phản ứng đốt cháy nhiên liệu

- Xây dựng các module và các tiểu module kiến thức hai chương Hóa học vật

liệu và Phản ứng đốt cháy nhiên liệu của học phần Khoa học tự nhiên 2

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: đọc và nghiên cứu các tài liệu về lí luận dạy học có sử dụng các module, cách thức và phương pháp xây dựng các module và tiểu module để hướng dẫn tự học

- Phương pháp chuyên gia: xin ý kiến đóng góp của thầy (cô) am hiểu lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thành đề tài nghiên cứu

7 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế được tài liệu tự học có hướng dẫn tốt và sử dụng tài liệu đó một cách hiệu quả thì sẽ góp phần nâng cao năng lực tự học, tự đọc của sinh viên, nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn Khoa học tự nhiên 2 ở trường Đại học Sư phạm

Hà Nội 2

8 Đóng góp mới của đề tài

Soạn thảo bộ tài liệu tự học có hướng dẫn chương Hóa học vật liệu và Phản

ứng đốt cháy nhiên liệu của học phần Khoa học tự nhiên 2 Đề xuất một số cách rèn

luyện khả năng tự học cho sinh viên thông qua hệ thống câu hỏi và bài tập hóa học

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học” [15] Để thực hiện tốt mục tiêu về đổi mới căn bản, toàn diện GD&ĐT theo Nghị quyết số 29 – NQ/TW, cần có nhận thức đúng về bản chất của đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực người học và một số biện pháp đổi mới phương pháp dạy học theo hướng này

Đổi mới phương pháp dạy học thực chất không phải là sự thay thế các phương pháp dạy học cũ bằng một loạt các phương pháp dạy học mới Về mặt bản chất, đổi mới phương pháp dạy học là đổi mới cách tiến hành các phương pháp, đổi mới các phương tiện và hình thức triển khai phương pháp trên cơ sở khai thác triệt

để ưu điểm của các phương pháp cũ và vận dụng linh hoạt một số phương pháp mới nhằm phát huy tối đa tính tích cực, chủ động và sáng tạo của người học

Do phương pháp học tập ở đại học khác cơ bản so với phương pháp học ở phổ thông, ở đại học không có sự kiểm tra hàng ngày của giáo viên nên việc học tập của sinh viên phần lớn là tự học Đó là hoạt động diễn ra liên tục, trong một phạm

vi lớn nhằm lĩnh hội rất nhiều tri thức Có thể nói: Bản chất của công việc tự học của sinh viên đại học là quá trình nhận thức một cách tự giác, tích cực, tự lực không

có sự tham gia hướng dẫn trực tiếp của giáo viên nhằm đạt được mục đích, nhiệm

vụ dạy học Nói khác đi, việc tự học ngoài lớp học đóng vai trò trọng yếu ở đại học

4

Năng lực tự học cũng là một khả năng, một phẩm chất vốn có của mỗi cá nhân Tuy nhiên nó luôn luôn biến đổi tùy thuộc vào hoạt động của cá nhân trong môi trường văn hóa – xã hội Năng lực tự học là khả năng bẩm sinh của mỗi người nhưng phải được đào tạo, rèn luyện trong hoạt động thực tiễn thì nó mới bộc lộ được những ưu điểm giúp cho cá nhân phát triển, nếu không sẽ mãi là khả năng tiềm ẩn Năng lực tự học của sinh viên sẽ là nền tảng cơ bản đóng vai trò quyết định đến sự thành công của các em trên con đường phía trước và đó cũng chính là nền tảng để các em tự học suốt đời

Tự học giúp cho sinh viên có thể chủ động học tập suốt đời, học tập để khẳng định năng lực phẩm chất và để cống hiến Tự học giúp sinh viên thích ứng với mọi biến cố của sự phát triển kinh tế - xã hội Bằng con đường tự học mỗi cá nhân sẽ không cảm thấy bị lạc hậu so với thời cuộc, thích ứng và bắt nhịp nhanh với những tình huống mới lạ mà cuộc sống hiện đại mang đến, kể cả những thách thức to lớn

từ môi trường nghề nghiệp Nếu rèn luyện cho sinh viên có được phương pháp, kĩ năng tự học, biết linh hoạt vận dụng những điều đã học vào thực tiễn thì sẽ tạo cho

họ lòng ham học, nhờ đó kết quả học tập sẽ ngày càng được nâng cao Đối với sinh viên sư phạm, việc định hình phương pháp tự học mang một ý nghĩa rất quan trọng bởi kết quả học tập chưa phải là đích cuối cùng, kiến thức và các kĩ năng đạt được trong quá trình tự học sẽ là hành trang cho sinh viên trong suốt cuộc đời giảng dạy

Trên những cơ sở đó, nhận thấy rằng tài liệu tự học có hướng dẫn theo module nhằm phát triển năng lực tự học của sinh viên trường đại học trong học tập,

là một công cụ rất hữu hiệu trong việc phát năng lực tự học của sinh viên, qua đó góp phần nâng cao hiệu quả đào tạo của nhà trường

1.2 Cơ sở lí thuyết của quá trình tự học

1.2.1 Khái niệm tự học

Theo từ điển giáo dục học – Nhà xuất bản Từ điển Bách khoa 2001: “Tự học là quá trình tự mình hoạt động lĩnh hội tri thức khoa học và rèn luyện kĩ năng thực hành”

Nhà tâm lý học N.ARubakin coi: Tự tìm lấy kiến thức – có nghĩa là tự học

Tự học là quá trình lĩnh hội tri thức, kinh nghiệm xã hội, lịch sử trong thực tiễn hoạt động cá nhân bằng cách thiết lập các mối quan hệ cải tiến kinh nghiệm ban đầu, đối chiếu với các mô hình phản ánh hoàn cảnh thực tại, biến tri thức của loài người thành vốn tri thức, kinh nghiệm, kỹ năng, kỹ xảo của chủ thể

Từ những quan điểm về tự học nêu trên có thể thấy rằng: Tự học là tự mình động não suy nghĩ, sử dụng các khả năng trí tuệ (quan sát, so sánh, phân tích, tổng hợp…) và có khi cả cơ bắp (sử dụng công cụ thực hành) cùng các phẩm chất của cá nhân như động cơ, tình cảm, nhân sinh quan, thế giới quan (không ngại khó khăn,

có ý chí, kiên nhẫn, nhẫn nại, có lòng say mê khoa học…) để chiếm lĩnh một lĩnh vực hiểu biết nào đó của nhân loại, biến lĩnh vực đó thành sở hữu của riêng mình

1.2.2 Các kĩ năng tự học [4]

Để đạt kết quả tốt trong tự học, người học cần nắm vững những kỹ năng, phải rèn luyện để hình thành cho mình những kỹ năng Căn cứ vào chức năng của từng loại hoạt động có thể chia kỹ năng tự học làm bốn nhóm [1]

Thứ nhất: Kỹ năng kế hoạch hóa việc tự học

Kỹ năng này cần tuân thủ các nguyên tắc sau: Đảm bảo thời gian tự học tương xứng với lượng thông tin của môn học; Xen kẽ hợp lý giữa các hình thức tự

học, giữa các môn học, giữa giờ tự học, giờ nghỉ ngơi

Thứ hai: Kỹ năng nghe và ghi bài trên lớp

Quy trình nghe giảng gồm các khâu như ôn bài cũ, làm quen với bài sắp học, hình dung các câu hỏi đối với bài mới Khi nghe giảng cần tập trung theo dõi sự dẫn dắt của thầy, liên hệ với kiến thức đang nghe, kiến thức đã có với các câu hỏi đã hình dung trước

Thứ ba: Kỹ năng ôn tập

Kỹ năng này được chia làm hai nhóm là kỹ năng ôn tập, kỹ năng tập luyện Kỹ năng ôn bài là hoạt động có ý nghĩa quan trọng trong việc chiếm lĩnh kiến thức bài giảng của thầy Đó là hoạt động tái nhận bài giảng như xem lại bài ghi, mối quan hệ giữa các đoạn rời rạc, bổ sung bài ghi bằng những thông tin nghiên cứu được ở các tài liệu khác, nhận diện cấu trúc từng phần và toàn bài Việc tái hiện bài giảng dựa vào những biểu tượng, khái niệm, phán đoán được ghi nhận từ bài giảng của thầy, từ hoạt động tái nhận bài giảng, dựng lại bài giảng của thầy bằng ngôn ngữ của chính mình, đó

6

là những mối liên hệ logic có thể có cả kiến thức cũ và mới Kỹ năng tập luyện có tác dụng trong việc hình thành kỹ năng tương ứng với những tri thức đã học Từ việc giải bài tập của thầy đến việc người học tự thiết kế những loại bài tập cho mình giải, từ bài tập củng cố đơn vị kiến thức đến bài tập hệ thống hóa bài học, chương học, cũng như những bài tập vận dụng kiến thức vào cuộc sống

Thứ tư: Kỹ năng đọc sách

Phải xác định rõ mục đích đọc sách, chọn cách đọc phù hợp như tìm hiểu nội dung tổng quát của quyển sách, đọc thử một vài đoạn, đọc lướt qua nhưng có trọng điểm, đọc kĩ có phân tích, nhận xét, đánh giá Khi đọc sách cần phải tập trung chú ý, tích cực suy nghĩ, khi đọc phải ghi chép [1]

1.2.3 Quy trình tự học

Quy trình tự học của người học gồm [1]:

- Tự nghiên cứu: người học tự tìm tòi, tự quan sát, mô tả, giải thích, phát hiện vấn đề, định hướng, giải quyết vấn đề, và tự tìm ra kiến thức mới

- Tự thể hiện: người học tự thể hiện mình bằng lời nói, bằng văn bản, tự đóng vai trong các tình huống, vấn đề, tự trình bày, bảo vệ kiến thức, tự thể hiện qua sự hợp tác, trao đổi, đối thoại, giao tiếp với thầy cô và bạn bè để tạo ra sản phẩm mang tính cộng đồng

- Tự kiểm tra, tự điều chỉnh: sau khi đã qua trao đổi với thầy cô, bạn bè Sau

đó thầy kết luận, người học tự kiểm tra, đánh giá sản phẩm của mình, tự sửa sai, tự điều chỉnh thành sản phẩm khoa học

1.2.4 Các hình thức tự học

Có 5 hình thức tự học:

Tự học hoàn toàn (không có giáo viên): Thông qua tài liệu, qua tìm hiểu thực

tế, học kinh nghiệm của người khác Sinh viên gặp nhiều khó khăn do có nhiều lỗ hổng kiến thức, sinh viên khó thu xếp tiến độ, kế hoạch tự học, không tự đánh giá

được kết quả tự học của mình Từ đó dễ chán nản và không tiếp tục tự học

Tự học trong một giai đoạn của quá trình học tập: Thí dụ như học bài hay

làm bài tập ở nhà (khâu vận dụng kiến thức) là công việc thường xuyên củasinh viên Để giúp sinh viên có thể tự học ở nhà, giáo viên cần tăng cường kiểm tra, đánh

giá kết quả học bài, làm bài tập ở nhà của sinh viên

7

Tự học qua phương tiện truyền thông (học từ xa): sinh viên được nghe giáo

viên giảng giải minh họa, nhưng không được tiếp xúc với giáo viên, không được hỏi

han, không nhận được sự giúp đỡ khi gặp khó khăn

Tự học qua tài liệu hướng dẫn: Trong tài liệu trình bày cả nội dung, cách xây

dựng kiến thức, cách kiểm tra kết quả sau mỗi phần, nếu chưa đạt thì chỉ dẫn cách tra cứu, bổ sung, làm lại cho đến khi đạt được (thí dụ học theo các phần mềm trên

máy tính)

Tự lực thực hiện một số hoạt động học dưới sự hướng dẫn chặt chẽ của giáo viên ở lớp: Với hình thức này cũng đem lại kết quả nhất định Song nếu sinh viên

vẫn sử dụng sách giáo khoa như hiện nay thì họ cũng gặp khó khăn khi tiến hành tự

học vì thiếu sự hướng dẫn về phương pháp học

Các hình thức tự học ở trên chúng ta thấy rằng mỗi hình thức tự học có những mặt ưu điểm và nhược điểm nhất định Để nhằm khắc phục được những nhược điểm của các hình thức tự học đã có này và xét đặc điểm của sinh viên giỏi hoá học chúng tôi đề xuất một hình thức tự học mới: Tự học theo tài liệu hướng dẫn

và có sự giúp đỡ trực tiếp một phần của giáo viên gọi tắt là “Tự học có hướng dẫn”

[1]

1.2.5 Tác dụng của tự học

Ở bất kỳ bậc học hay cấp học nào hoạt động tự học cũng có ý nghĩa rất quan trọng đối với kết quả học tập, tuy nhiên đối với sinh viên ở các trường đại học nó lại càng thiết thực hơn bởi hoạt động tự học của sinh viên ở các trường đại học có nét đặc thù so với phổ thông, thể hiện hoạt động nhận thức của sinh viên ở mức cao hơn, mang tính chất độc lập, tự lực, tự giác, sáng tạo trong việc tiếp thu tri thức cũng như việc vận dụng tri thức vào các tình huống cụ thể Phương pháp học tập của sinh viên cũng khác, nó mang tính chất tự học, tự nghiên cứu nhưng điều đó cũng không có nghĩa là thiếu vai trò của người giáo viên Do đó có thể nói hoạt động tự học là một khâu của quá trình giáo dục, là một quá trình gia công, chế biến

và tự điều khiển theo đúng mục tiêu giáo dục quy định

Tự học không chỉ có ý nghĩa với bản thân người học mà còn góp phần to lớn nâng cao chất lượng dạy học và đào tạo [9]:

- Tự học có ý nghĩa quyết định sự thành đạt trong mỗi con người, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả học tập

- Tự học giúp cho sinh viên tích lũy được lượng kiến thức khổng lồ của các năm học tại trường đại học

- Tự học của sinh viên ở trong trường đại học có vai trò quan trọng đối với yêu cầu đổi mới giáo dục và đào tạo, nâng cao chất lượng giáo dục

1.2.6 Năng lực tự học

a Khái niệm năng lực tự học

Nguyễn Cảnh Toàn đưa ra quan niệm về năng lực tự học như sau: “Năng lực

tự học được hiểu là một thuộc tính kỹ năng rất phức hợp Nó bao gồm kỹ năng và kĩ xảo cần gắn bó với động cơ và thói quen tương ứng, làm cho người học có thể đáp ứng được những yêu cầu mà công việc đặt ra” [10] Năng lực tự học là sự bao hàm

cả cách học, kỹ năng học và nội dung học: “Năng lực tự học là sự tích hợp tổng thể

cách học và kỹ năng tác động đến nội dung trong hàng loạt tình huống – vấn đề khác nhau” [11]

Năng lực tự học là những thuộc tính tâm lí mà nhờ đó chúng ta giải quyết được các vấn đề đặt ra một cách hiệu quả nhất, nhằm biến kiến thức của nhân loại thành sở hữu của riêng mình

b Những biểu hiện của năng lực tự học

Năng lực tự học là một khái niệm trừu tượng và bị chi phối bởi rất nhiều yếu

tố Trong nghiên cứu khoa học, để xác định được sự thay đổi các yếu tố của năng lực tự học sau một quá trình học tập, các nhà nghiên cứu đã tập trung mô phỏng, xác định những dấu hiệu của năng lực tự học được bộc lộ ra ngoài Điều này đã được thể hiện trong nghiên cứu dưới đây:

Tác giả Taylor khi nghiên cứu về vấn đề tự học của học sinh trong trường phổ thông đã xác định năng lực tự học có những biểu hiện sau [20]:

9

Hình 1.1: Biểu hiện của năng lực tự học

Taylor đã xác nhận người tự học là người có động cơ học tập và bền bỉ, có tính độc lập, kỉ luật, tự tin và biết định hướng mục tiêu, có kỹ năng hoạt động phù hợp Thông qua mô hình trên tác giả đã phân tích ra có ba yếu tố cơ bản của người

tự học, đó là thái độ, tính cách và kỹ năng Có thể nhận thấy, sự phân định đó để nhằm xác định rõ ràng những biểu hiện tư duy của bản thân và khả năng hoạt động trong thực tế chứ không đơn thuần chỉ đề cập đến khía cạnh tâm lí của người học

Biểu hiện năng lực của học sinh khi tự học, tự hoàn thiện [13]:

- Xác định được nhiệm vụ học tập dựa trên kết quả đã đạt được; biết đặt mục tiêu học tập chi tiết, cụ thể, khắc phục những hạn chế

- Đánh giá và điều chỉnh được kế hoạch học tập; hình thành cách học riêng của bản thân; tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn được nguồn tài liệu phù hợp với mục đích, nhiệm vụ học tập khác nhau; ghi chép thông tin bằng các hình thức phù hợp, thuận lợi cho việc ghi nhớ, sử dụng, bổ sung khi cần thiết

10

- Tự nhận ra và điều chỉnh được những sai sót, hạn chế của bản thân trong quá trình học tập; suy ngẫm cách học của mình, rút kinh nghiệm để có thể vận dụng vào các tình huống khác; biết tự điều chỉnh cách học

- Biết thường xuyên tu dưỡng theo mục tiêu phấn đấu cá nhân và các giá trị công dân

Như vậy “Năng lực tự học là khả năng xác định được nhiệm vụ học tập một cách tự giác, chủ động; tự đặt được mục tiêu học tập để đòi hỏi sự nỗ lực phấn đấu thực hiện; thực hiện các phương pháp học tập hiệu quả; điều chỉnh những sai sót, hạn chế của bản thân khi thực hiện các nhiệm vụ học tập thông qua tự đánh giá hoặc lời góp ý của giáo viên, bạn bè; chủ động tìm kiếm sự hỗ trợ khi gặp khó khăn trong học tập”

c Phát triển năng lực tự học cho sinh viên

Động cơ hóa hoạt động học tập của sinh viên:

- Tăng cường hứng thú học tập của sinh viên

- Kết hợp chặt chẽ phương pháp dạy của giáo viên và phương pháp tự học của sinh viên

Tổ chức cho sinh viên làm việc theo nhóm kết hợp với thảo luận lớp:

Thông qua làm việc theo nhóm kết hợp với thảo luận toàn lớp làm cho việc học của sinh viên trở nên mềm mại, linh hoạt, không máy móc, rập khuôn Với biện pháp này sẽ có tác dụng tạo môi trường học tập đa thông tin cho sinh viên, tạo cơ hội giúp sinh viên tự nghiên cứu, tự bộc lộ để thể hiện năng lực và kết quả nghiên cứu của cá nhân Tự kiểm tra, đánh giá kết quả học tập và nghiên cứu, đồng thời có tác dụng giúp sinh viên phát triển hài hòa nhân cách của mình

Hướng dẫn sinh viên chọn lọc tư liệu, tình huống liên quan đến nội dung bài học qua các kênh thông tin đại chúng hoặc qua thực tế đời sống phù hợp với bộ môn:

Ngày nay, tài liệu không chỉ có trong sách vở, các điều kiện thông tin rất thuận lợi, người học rất thông minh, nhanh nhạy, nếu chúng ta biết tận dụng, khai thác sẽ là nguồn tư liệu phong phú và quý giá phục vụ cho quá trình dạy học Vì vậy, tùy vào bài học cụ thể, mà giáo viên khuyến khích, giao cho sinh viên thu thập tài liệu, tình huống liên quan đến nội dung bài học Những tư liệu mà các em tìm được sẽ là những minh chứng sống động làm cho giờ học trở nên thực tế hơn Hơn nữa, các em sẽ phấn khởi, tự tin khi khiến thức mà mình thu thập được thầy cô ứng dụng vào bài học, được các bạn trong lớp phân tích, mổ xẻ trở thành những kiến

11

thức sống động Đây chính là một biện pháp hiệu quả nhất làm nâng cao năng lực tự học của sinh viên

1.3 Module dạy học

1.3.1 Khái niệm module dạy học

Module dạy học là một đơn vị chương trình dạy học tương đối độc lập được cấu trúc đặc biệt nhằm phục vụ cho người học và chứa đựng mục tiêu, nội dung, phương pháp dạy học cũng như hệ thống các công cụ đánh giá kết quả tạo thành một chỉnh thể

Mỗi module gồm các tiểu module, là các thành phần cấu trúc module được xây dựng tương ứng với các nhiệm vụ học tập mà người học phải thực hiện

1.3.2 Những đặc trƣng cơ bản của một module dạy học

Có 5 đặc trưng cơ bản [7]:

- Tính trọn vẹn: Mỗi module dạy học mang một chủ đề xác định từ đó xác

định mục tiêu, nội dung, phương pháp và quy trình thực hiện do vậy nó không phụ thuộc vào nội dung đã có và sẽ có sau nó Tính trọn vẹn là dấu hiệu bản chất của module dạy học thể hiện sự độc đáo khi xây dựng nội dung dạy học

- Tính cá biệt (tính cá nhân hóa): Tính cá biệt nghĩa là chú ý tới trình độ

nhận thức và các điều kiện khác nhau của người học Module dạy học có khả năng cung cấp cho người học nhiều cơ hội để có thể học tập theo nhịp độ của cá nhân, việc học tập được cá thể hóa và phân hóa cao độ

- Tính tích hợp: Tính tích hợp là đặc tính căn bản tạo nên tính chỉnh thể, tính

liên kết và tính phát triển của module dạy học Trước hết mỗi module dạy học đều

là sự tích hợp giữa lý thuyết và thực hành cũng như các yếu tố của quá trình dạy học

- Tính phát triển: Module dạy học được thiết kế theo hướng "mở" tạo ra cho

nó khả năng dung nạp – bổ sung những nội dung mang tính cập nhật Vì thế module dạy học luôn có tính "động" và tính "phát triển"

- Tính tự kiểm tra, đánh giá: Quy trình thực hiện một module dạy học được

đánh giá thường xuyên bằng hệ thống câu hỏi dạng kiểm tra diễn ra trong suốt quá trình thực hiện module dạy học nhằm tăng thêm động cơ cho người học

1.3.3 Cấu trúc của một module dạy học [4]

Cấu trúc của một module dạy học gồm 3 phần được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

12

Hình 1.2: Cấu trúc của một module dạy học

- Hệ vào của module: Hệ vào của module thực hiện chức năng đánh giá về

điều kiện tiên quyết của người học trong mối quan hệ với các mục tiêu dạy học của module Tùy theo mức độ của mối quan hệ, người học sẽ nhận thức được những hữu ích của nó hoặc là họ sẽ tiếp tục học module hoặc là đi tìm một module khác phù hợp hơn Căn cứ vào chức năng trên có thể nhận thấy các thành phần của hệ vào bao gồm: tên gọi hay tiêu đề của module; hệ thống mục tiêu của module; kiểm tra vào module: nhằm kiểm tra điều kiện tiên quyết của một người học tương ứng với các mục tiêu của module; những khuyến cáo dành cho người học sau khi họ tham dự kiểm tra

- Thân của module: Thân module bao gồm một loạt các tiểu module tương

ứng với các mục tiêu đã được xác định ở hệ vào của module Cũng có trường hợp thân của module tương ứng với một tiểu module duy nhất Các tiểu module liên kết với nhau bởi các kiểm tra trung gian và đều cần đến một thời gian học tập nhất định Các tiểu module được cấu trúc bởi các thành phần:

+ Mở đầu: Xác định những mục tiêu cụ thể của tiểu module, cung cấp cho người học những tri thức điểm tựa và huy động kinh nghiệm đã có của người học cung cấp cho người học các con đường để giải quyết vấn đề nhận thức để họ tự lựa chọn

+ Nội dung và phương pháp học tập: Qua đó người học sẽ tiếp thu được một

số mục tiêu cụ thể của tiểu module

+ Kiểm tra trung gian: Đánh giá xem người học đã đạt được đến mức độ nào đối với các mục tiêu của tiểu module và kết quả của kiểm tra có thể được xem như điều kiện tiên quyết để người học thực hiện tiểu module tiếp theo Khi cần thiết thân module còn được bổ sung các module phụ đạo giúp người học bổ sung kiến thức còn thiếu, sửa chữa sai sót và ôn tập

- Hệ ra của module: Hệ ra của module bao gồm: Một bản tổng kết chung,

kiểm tra kết thúc, hệ thống chỉ dẫn để tiếp tục học tập tuỳ theo kết quả học tập

13

module của người học Nếu đạt tất cả các mục tiêu của module người học sẽ chuyển sang học tập module tiếp theo, hệ thống hướng dẫn dành cho người dạy và người học

1.4 Tài liệu tự học có hướng dẫn theo module

1.4.1 Khái niệm tài liệu tự học hướng dẫn theo module

Tài liệu tự học có hướng dẫn theo module là tài liệu được biên soạn theo những đặc trưng và cấu trúc của một module Tài liệu có thể được phân thành nhiều loại: theo nội dung lí thuyết hoặc theo nội dung bài tập

1.4.2 Cấu trúc nội dung tài liệu tự học [7], [8]

Bao gồm: Tên của module (tiểu module)

A Mục tiêu

B Tài liệu tham khảo

C Hướng dẫn người học tự học

D Nội dung lí thuyết cần nghiên cứu (Thông tin phản hồi)

E Bài tập tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi

a Mục tiêu

Các mục đích, yêu cầu của module là những gì mà sinh viên phải nắm được sau mỗi bài học Giáo viên cũng căn cứ vào mục tiêu để theo dõi, hướng dẫn, kiểm tra đánh giá sinh viên một cách cụ thể, chính xác

Với hệ thống mục đích, yêu cầu của module, tài liệu giảng dạy được biên soạn theo tiếp cận module trở nên khác một cách căn bản hơn so với tài liệu biên soạn theo kiểu truyền thống vì nó chứa đựng đồng thời cả nội dung và phương pháp dạy học

b Nội dung và phương pháp dạy học

Nội dung dạy học cần được trình bày một cách chính xác, phản ánh được bản chất nội dung khoa học cần nghiên cứu và phải phù hợp với đối tượng sinh viên đại học

c Câu hỏi chuẩn bị đánh giá

Trong mỗi module gồm 2 loại câu hỏi:

- Loại 1: Câu hỏi hướng dẫn sinh viên tự học

- Loại 2: Câu hỏi để tự kiểm tra, tự đánh giá sau khi đã tự học kiến thức mới

d Bài tập áp dụng

14

Chúng tôi thiết kế loại bài tập có hướng dẫn, vận dụng kiến thức trong bài học nhằm hệ thống hóa kiến thức, rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, lao động sản xuất và bảo vệ môi trường; Rèn luyện cho sinh viên đức tính chính xác, kiên nhẫn, trung thực và lòng say mê bộ môn Hóa học Phát triển ở sinh viên năng lực tư duy, logic, biện chứng, khái quát độc lập, thông minh và sáng tạo

Như vậy, mỗi module với cấu trúc như trên thì sinh viên tự học thuận lợi hơn rất nhiều so với một phần tương ứng trong tài liệu cũ Vì vậy khi bước vào mỗi module sinh viên đã được kiểm tra kết quả hoàn thành module trước Với mỗi module thì hệ thống mục đích, yêu cầu đã được định hướng rõ nét những kiến thức

mà sinh viên cần phải học Tiêu chuẩn đánh giá sẽ xác định những kiến thức sinh viên cần phải đạt Nội dung dạy học trình bày trong module rõ ràng hơn, rành mạch hơn trong tài liệu cũ Chính nhờ các module mà việc học tập của tập thể sinh viên được phân hóa Qua mỗi module việc học của tập thể sinh viên lại được phân hóa một lần qua kiểm tra của giáo viên Đây là điểm cơ bản của tài liệu mới

1.4.3 Phương pháp tự học có hướng dẫn theo module

Nội dung chính của phương pháp dạy học này là nhờ các module mà sinh viên được dẫn dắt từng bước để đạt tới mục tiêu dạy học Nhờ nội dung dạy học được phân nhỏ ra từng phần, nhờ hệ thống mục tiêu chuyên biệt và hệ thống kiểm tra, sinh viên có thể tự học và tự kiểm tra mức độ nắm vững các kiến thức, kỹ năng

và thái độ trong từng tiểu module Bằng cách này họ có thể tự học theo nhịp độ riêng của mình

Phương pháp tự học có hướng dẫn theo module đảm bảo tuân theo những nguyên tắc cơ bản của quá trình dạy học sau đây:

- Nguyên tắc cá thể hoá trong học tập

- Nguyên tắc đảm bảo hình thành ở sinh viên kỹ năng tự học từ thấp đến cao

- Nguyên tắc giáo viên thu thập thông tin về kết quả học tập của sinh viên sau quá trình tự học, giúp đỡ họ khi cần thiết, điều chỉnh nhịp độ học tập

Ưu điểm [2]:

- Giúp sinh viên học tập ở lớp và ở nhà có hiệu quả vì module là tài liệu tự sinh viên có thể mang theo mình để học tập bất cứ ở đâu và bất cứ lúc nào có điều kiện

15

- Tạo điều kiện cho sinh viên học tập với nhịp độ cá nhân, luyện tập việc tự đánh giá kết quả học tập, học tập theo cách giải quyết vấn đề, do đó nâng cao được chất lượng dạy học thực tế

- Tránh được sự tuỳ tiện của giáo viên trong quá trình dạy học vì nội dung và phương pháp dạy học đều đã được văn bản hoá

- Cập nhật được những thông tin mới về khoa học và công nghệ do đó có điều kiện thuận lợi trong việc bổ sung nội dung mới và tài liệu dạy học (nhờ các module phụ đạo)

- Cho phép sử dụng đội ngũ cán bộ giảng dạy, theo dõi kèm cặp một cách tối

ưu tuỳ theo mức độ phức tạp của nhiệm vụ dạy học

- Đảm bảo tính thiết thực của nội dung dạy học

- Đảm bảo được tính vững chắc của tri thức, kỹ năng, kỹ xảo vì người học tự chiếm lĩnh kiến thức, đồng thời hình thành và rèn luyện được thói quen tự học

Nhƣợc điểm [2]:

- Việc thiết kế hệ thống module dạy học và biên soạn tài liệu dạy học theo module khá công phu Cần khoảng 5 đến 7 giờ biên soạn module dạy học cho một giờ học

- Đòi hỏi sinh viên phải có động cơ học tập tốt, có năng lực học tập nhất định (vì tự học đòi hỏi người học có trình độ và sự nỗ lực cao hơn các phương pháp học tập khác)

- Có thể nảy sinh tâm lý buồn chán do tính đơn điệu của việc tự học

- Dạy học những nội dung có tính biến động cao, thường xuyên phải đổi mới

vì module có khả năng “lắp ghép” và “tháo gỡ” nên có nhiều thuận lợi trong việc thay đổi nội dung, chương trình dạy học

- Số lượng tiểu module và những tài liệu, module phụ đạo có liên quan

- Với mỗi tiểu module phải thấy rõ mục tiêu của tiểu module cần nghiên cứu sau đó nghiên cứu đến nội dung bằng cách trả lời các câu hỏi và bài tập được giáo viên biên soạn, nghiên cứu xong phần nội dung thì tự trả lời câu hỏi ở cuối mỗi tiểu module Nếu trả lời được thì chuyển sang module tiếp theo, nếu chưa trả lời được thì nghiên cứu lại phần nội dung cho đến khi trả lời được

Ở lớp, mỗi sinh viên làm một bài kiểm tra nhỏ để đánh giá mức độ chuẩn bị bài ở nhà trong khoảng từ 10 – 15 phút

- Nếu đạt yêu cầu thì sinh viên bắt tay vào nghiên cứu nội dung bài mới, nếu không đạt yêu cầu thì sinh viên tiếp tục xem lại tài liệu

- Nếu đạt yêu cầu thì sinh viên tự học theo nhịp độ riêng của mình, theo từng phần nhỏ của tiểu module, ghi lại thu hoạch và những nội dung cần chú ý

- Chia nhóm, giáo viên hướng dẫn thảo luận, mỗi nhóm cử sinh viên phát biểu trình bày thu hoạch của mình, các nhóm còn lại đưa ra câu hỏi đối với nhóm trình bày Giáo viên nhận xét, bổ sung và chính xác hóa những kết luận đưa ra, hướng dẫn sinh viên tự kiểm tra

17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN THEO MODULE CHƯƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT

CHÁY NHIÊN LIỆU”

2.1 Cấu trúc học phần khoa học tự nhiên 2

Học phần Khoa học tự nhiên 2 được chia thành 8 chương tương ứng với 8 module sau:

Module 1: Các nguyên tố hóa học, hợp chất, hỗn hợp

Module 2: Cấu tạo phân tử liên và kết hóa học

Module 3: Acid, base và muối

Module 4: Phản ứng hóa học trong cơ thể người

Module 5: Các mỏ kim loại

Module 6: Hóa dầu mỏ

Module 7: Hóa học vật liệu

Module 8: Phản ứng đốt cháy nhiên liệu

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, chúng tôi chỉ giới hạn nghiên cứu module 7: Hóa học vật liệu và module 8: Phản ứng đốt cháy nhiên liệu

2.2 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Hóa học vật liệu”

Xây dựng module 7 “Hóa học vật liệu” chia thành 2 tiểu module sau:

- Tiểu module 7.1: Các loại vật liệu của hợp chất silicate

- Tiểu module 7.2: Các vật liệu khác

- Sinh viên kể tên được tên các loại vật liệu trong tự nhiên

- Sinh viên trình bày được cách khai thác vật liệu tự nhiên

- Sinh viên nêu được cách tổng hợp vật liệu nhân tạo

- Sinh viên trình bày được tính chất của các loại vật liệu của hợp chất silicate

- Sinh viên phát biểu được ứng dụng của các loại vật liệu của hợp chất silicate

- Sinh viên vận dụng: Trả lời câu hỏi, làm bài tập, nghiên cứu khoa học,

giảng dạy phổ thông sau này vận dụng vào các vấn đề thực tiễn có liên quan đến kiến thức của chương

- Say mê, yêu thích bộ môn hóa học

- Có niềm tin vào khoa học

- Tích cực, chủ động, tự giác trong học tập

- Có ý thức bảo vệ môi trường

4 Định hướng phát triển năng lực

- Rèn luyện tư duy khoa học

- Rèn luyện và nâng cao năng lực tự học: năng lực nhận biết, tìm tòi, phát hiện và giải quyết vấn đề, năng lực đánh giá và tự đánh giá, vận dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn

19

B Tài liệu tham khảo

1 Nguyễn Văn Dũng (2015), Vật liệu đại cương, Trường Đại học Bách khoa, trang 37 – 54

2 Phùng Tiến Đạt, Trần Thị Bính (2004), Hóa kỹ thuật đại cương, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm, trang 219 – 238

3 Sách giáo khoa hóa học 11, Nhà xuất bản Giáo dục, trang 80 – 83

C Hướng dẫn sinh viên tự học

Sinh viên tự đọc tài liệu tham khảo ở nhà và tìm thông tin trên mạng internet

trả lời những câu hỏi sau:

1 Tìm hiểu các loại vật liệu được sử dụng để xây nhà?

2 Thành phần hóa học chủ yếu trong xi măng? Mô tả công đoạn chính của quá

trình sản xuất xi măng? Tại sao sau khi đổ bê tông, đổ trần nhà người ta lại

phải tưới nước?

3 Thành phần hóa học chủ yếu trong thủy tinh, nguyên liệu để sản xuất thủy

tinh? Người ta có thể khắc chữ lên thủy tinh bằng cách nào?

4 Thành phần hóa học chủ yếu trong đồ gốm? Kể tên các nguyên liệu, công

Hóa vật liệu nghiên cứu các tính chất vật lý như mật độ, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, v.v… hay cơ tính như độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ đàn hồi,… hoặc tính công nghệ như độ chảy loãng, khả năng gia công cắt gọt… và các tính năng làm việc như tính chống ăn mòn, tính chống mài mòn, tính giòn lạnh, tính bền nhiệt… của vật liệu sẽ cho phép xác định lĩnh vực ứng dụng hợp lý các vật liệu khác nhau, tuy nhiên có kể đến các đòi hỏi của tính kinh tế

Tóm lại, vật liệu là môn khoa học phục vụ cho sự phát triển và sử dụng vật liệu, trên cơ sở đó đề ra các biện pháp công nghệ nhằm cải thiện tính chất và sử

Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất xi măng Các nước tiêu thụ lượng xi măng lớn trong những năm qua phải kể đến: Trung Quốc, Ấn Độ,

Mỹ, Nhật bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Italya, Brazil, Iran, Mexico, Thổ Nhĩ

Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức

Ở Việt Nam, xi măng là ngành công nghiệp phát triển sớm nhất (để phục vụ cho công cuộc khai thác thuộc địa của người Pháp) Hải Phòng là cái nôi của ngành

xi măng Việt Nam hiện nay

Các nhà máy xi măng ở nước ta hàng năm sản xuất khoảng trên 60 triệu tấn

xi măng Một số nhà máy xi măng lớn ở nước ta: Các nhà máy xi măng Hải Phòng, Hoàng Thạch, Chinfon, Bỉm Sơn, Hà Tiên, Hoàng Mai,…

Hình 7.1: Nhà máy xi măng Hải Phòng

Hiện nay các nhà máy xi măng phân bố không đồng đều giữa các khu vực Hầu hết các nhà máy xi măng tập trung ở miền Bắc nơi gần vùng nguyên liệu đầu vào (mỏ đá vôi), trong khi đó các nhà máy phía Nam còn rất hạn chế

Hiện nay trên sản phẩm xi măng trên thị trường có nhiều loại, tuy nhiên thông dụng trên thị trường Việt Nam gồm hai loại sản phẩm chính:

Xi măng Portland có thành phần chủ yếu là clinker Portland chiếm tỉ lệ 95 – 96% và thạch cao chiếm tỉ lệ 4 – 5%

Thành phần khoáng vật của clinker Portland:

Alit: 3CaO.SiO2 (C3S) chiếm 60 – 65%

Belit: 2CaO.SiO2 (C2S) chiếm 20 – 25%

Celit: 3CaO.Al2O3 (C3A) chiếm 4 – 12%

Alumino – Ferit: 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) chiếm 1 – 5%

Các khoáng vật này khi gặp nước xảy ra phản ứng giải phóng ra Ca(OH)2 – một chất kiềm ăn mòn da rất mạnh, cùng với các oxide acid khác đóng vai trò là dị nguyên của căn bệnh dị ứng xi măng đối với những người có cơ địa dị ứng hoặc có thời gian tiếp xúc thường xuyên và đủ lâu với xi măng

2.1.2 Phương pháp sản xuất

Quy trình sản xuất xi măng trải qua 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng bao gồm: đá vôi, đất sét có nhiều SiO2 và một ít quặng sắt Nguyên liệu sau đó được đem đi nghiền nhỏ

Giai đoạn 2: Phối hợp nguyên liệu

Sau khi được nghiền, nguyên liệu sẽ được phân chia tỷ lệ, tỉ lệ thông thường

80 : 20 Trong đó đá vôi chiếm 80%, còn lại là đất sét

Giai đoạn 3: Nung tạo clinker

Hỗn hợp nguyên liệu được nung trong lò quay (hoặc lò đứng) ở 1400o

C –

1600oC Sau khi nung thu được một hỗn hợp chất rắn màu xám, gọi là clinker

Giai đoạn 4: Nghiền clinker với các phụ gia khác

Nghiền clinker với thạch cao (khoảng 5%) và một số chất phụ gia khác (xỉ lò cao, tro than, pozzolan tự nhiên v.v…) sẽ được bột mịn gọi là xi măng

22

Giai đoạn 5: Đóng bao và vận chuyển

Sau khi bột được nghiền mịn thành xi măng, chúng được đóng bao với trọng lượng từ 20 – 50 kg/ bao và được đưa đến kho Sau đó mới được đưa đến các cửa hàng vật liệu, đại lý vật liệu xây dựng

Hình 7 2: Sơ đồ lò quay sản xuất clinker

2.1.3 Quá trình đông cứng xi măng

Trong xây dựng, xi măng được trộn với nước thành khối nhão, sau vài giờ sẽ bắt đầu đông cứng lại Quá trình đông cứng xi măng chủ yếu do sự kết hợp của các hợp chất của xi măng với nước, tạo nên những tinh thể hydrate đan xen với nhau thành khối cứng và bền

3CaO.SiO2 + 5H2O  Ca2SiO4.4H2O + Ca(OH)22CaO.SiO2 + 4H2O  Ca2SiO4.4H2O 3CaO.Al2O3 + 6H2O  Ca3(AlO3)2 + 6H2O

Do đó, trong quá trình xi măng đông cứng người ta phải tưới nước

2.1.4 Mác xi măng

Mác xi măng là cường độ chịu nén của xi măng khi đem vữa xi măng, cát, nước trộn theo tỷ lệ tiêu chuẩn; Cho biết giới hạn tải trọng tính bằng N/mm2(daN/cm2) mà mẫu xi măng đã hóa rắn có thể chịu được không bị biến dạng sau 28 ngày bảo dưỡng từ khi trộn xi măng với nước

Tiến hành đúc một mẫu tiêu chuẩn có kích thước 40×40×160 (cm) dưỡng

ẩm trong vòng 28 ngày, đem thử trong thiết bị đo cường độ chịu nén, cường độ của mẫu đo chính là mác xi măng

Ví dụ: PCB 30, PCB 40 hay PCW 30, PCW 40,…

23

2.1.5 Công dụng của xi măng trong xây dựng

Trong các công trình xây dựng, xi măng đóng vai trò là một sản phẩm tạo nên bê tông tươi, giúp làm nền móng hoặc làm hỗn hợp trát tường Với tính kết dính cao, độ mịn tốt đảm bảo độ bền theo thời gian nên xi măng có thể được đùng để bao phủ bề mặt và làm mịn bề mặt

Hiện nay, trong công nghiệp còn sản suất các loại xi măng có tính năng khác nhau: xi măng chịu acid, xi măng chịu nước biển…

2.1.6 Sản xuất xi măng và vấn đề bảo vệ môi trường

Hình 7.3: Bụi từ quá trình sản xuất xi măng

Các nhà máy xi măng sử dụng một khối lượng lượng nguyên liệu và phụ gia Nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu của nhà máy xi măng là do khói của lò hơi, các buồng đốt phụ, bụi trong quá trình nghiền đập, vận chuyển nguyên liệu, nhiên liệu, xi măng và các chất khí độc hại, bụi từ quá trình nung và nghiền clinker

Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đặc trưng từ công nghệ sản xuất xi măng:

- Tác động đến môi trường không khí là: bụi (bụi than, đá sét, đá vôi, thạch cao, xỉ pyrite, clinker, xi măng và bụi của quá trình đốt dầu FO) và khí thải (CO2,

CO, NO, SO2…) Bên cạnh đó, quá trình sản xuất xi măng còn kèm theo tiếng ồn làm ảnh hưởng đến công nhân và dân cư xung quanh

- Tác động đến môi trường đất và nước là các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, hợp chất fluorine, bùn hoạt tính, bụi, làm ảnh hưởng tới chất lượng nước

và mất cảnh quan khu vực

- Tác động đến giao thông vận tải: quá trình vận chuyển xi măng tạo ra khí thải và gây ồn Ngoài ra, khi sản xuất xi măng nhà máy sẽ thải ra môi trường một

Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường:

Giảm sự phát thải bụi từ nguồn gây ra bụi:

+ Thay thế quy trình công nghệ, thay đổi công nghệ khô bằng công nghệ ướt, cơ giới hóa, tự động hóa các khâu sản xuất phát thải nhiều bụi

+ Thực hiện đúng chế độ vận hành, bảo dưỡng thiết bị

+ Dùng các phương pháp xử lý bụi, lọc bụi, che chắn nguồn phát sinh ra bụi

Giảm sự tác động của bụi đến người lao động:

+ Làm ẩm ướt hoặc che kín nguồn phát sinh ra bụi

+ Giảm thời gian làm việc tiếp xúc với bụi

+ Tổ chức tập huấn cho người làm việc có tiếp xúc với bụi biết tác hại của bụi và các biện pháp làm việc an toàn

Trồng nhiều cây xanh quanh khu nhà máy sản xuất xi măng nhằm giảm ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm môi trường

2.2 Thủy tinh

2.2.1 Khái quát

Thủy tinh là vật thể vô định hình, đồng nhất, đẳng hướng; có được khi làm lạnh chất nóng chảy của oxide silicon với các oxide khác

Thủy tinh loại thông thường là hỗn hợp của sodium silicate, calcium silicate

và silicon dioxide, có thành phần gần đúng viết dưới dạng Na2O.CaO.6SiO2, được tạo thành khi nung hỗn hợp SiO2, CaCO3, Na2CO3 ở 1400oC:

6SiO2 + CaCO3+ Na2CO3 to Na2O.CaO.6SiO2 + 2CO2

Dựa vào công dụng và một số tính chất cơ bản, thủy tinh được phân chia thành các loại:

25

- Thủy tinh dùng trong xây dựng: kính, thủy tinh bọt, gạch thủy tinh, thủy tinh cốt thép

Hình 7.4: Cửa làm từ thủy tinh

- Thủy tinh dân dụng: chai lọ, bao bì, cốc, bát, đĩa…

Hình 7.5: Bát, đĩa làm từ thủy tinh

- Thủy tinh quang học: dùng trong dụng cụ quang học, có thể trong suốt hoặc

Hình 7.6: Dụng cụ trong phòng thí nghiệm làm từ thủy tinh

2.2.2 Sản xuất thủy tinh

a Nguyên liệu

26

Nguyên liệu chính: Cát (SiO2) chiếm 60 – 70% phối liệu, felspat, đá vôi, dolomite, borax, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium carbonate, mảnh thủy tinh vỡ

Nguyên liệu phụ: Chất khử bọt, chất khử màu, chất nhuộm màu, chất làm gợn đục

b Quá trình sản xuất thủy tinh

Sản xuất thủy tinh được thực hiện theo sơ đồ sau:

Hình 7.7: Sơ đồ quá trình sản xuất thủy tinh

Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Các vụn thủy tinh được nghiền nhỏ, mục đích để làm mồi cho quá trình nấu Nguyên liệu sau khi sơ chế được trộn theo đúng tỉ lệ cho phép Lò nấu nguyên liệu sau khi trộn xong vận chuyển đổ vào thùng chứa để ròng rọc kéo đưa lên vào lò nấu

ở nhiệt độ 1500o

C

Giai đoạn 2: Giai đoạn tạo thủy tinh

Từ 900oC – 1200oC các muối silicate chảy lỏng thành một khối trong suốt nhưng còn nhiều bọt, thành phần thủy tinh chưa thống nhất Sau khi quá trình khử bọt kết thúc (1400 – 1500oC), người ta vẫn phải giữ thủy tinh trong một thời gian nhất định ở nhiệt độ cao Do ở nhiệt độ như vậy độ nhớt của thủy tinh rất thấp tạo điều kiện khuếch tán các thành phần của nguyên liệu đồng đều ở các hướng

27

Giai đoạn 3: Giai đoạn làm lạnh

Ở trạng thái quá lỏng không thể gia công sản phẩm thủy tinh, phải hạ thấp nhiệt độ xuống 1100 – 1300oC để có độ nhớt đảm bảo cho quá trình tạo hình

Giai đoạn 4: Tạo hình sản phẩm

Được tiến hành bằng các phương pháp: Phương pháp kéo, phương pháp rót, phương pháp cán, phương pháp ép, phương pháp li tâm, phương pháp thổi Để đảm bảo độ vững chắc của sản phẩm thủy tinh chúng cần được ủ và xử lý nhiệt Quá trình này mất từ 30 phút đến 2 giờ Sản phẩm cuối cùng được kiểm tra chất lượng bằng các thiết bị chuyên dụng Các sản phẩm không đạt yêu cầu quay trở lại tái chế, các sản phẩm đạt yêu cầu sẽ được đóng gói và vận chuyển

c Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu thủy tinh

- Nhiệt độ cao thì thời gian nấu ngắn đi Ví dụ: nấu một loại thủy tinh thường, ở 1300oC mất 15 giờ Nhưng nấu ở 1400oC chỉ mất 5 giờ Tuy nhiên nhiệt

độ ảnh hưởng đến độ bền vật liệu lót lò và nồi nấu Loại thủy tinh thông thường nấu

ở 1400 – 1500o

C

- Thành phần hóa học: tăng oxide kim loại kiềm và kiềm thổ dễ nấu, nhưng chất lượng (độ bền hóa nhiệt) thủy tinh kém; còn B2O3, Al2O3, Si2O3 tăng làm nhiệt

độ nấu thủy tinh phải cao song chất lượng thủy tinh cao

d Lò nấu thủy tinh

Trong thực tế người ta dùng hai loại lò nấu thủy tinh: lò gián đoạn và lò liên tục

- Lò gián đoạn: phối liệu cho vào lấy ra từng mẻ một Lò gián đoạn gồm lò nồi và lò bể

- Lò liên tục: lò liên tục có năng suất rất cao Phối liệu và thủy tinh cho vào

và lấy ra liên tục Kích thước lò rộng 2 – 5m, dài 20 – 30m Năng suất từ 5 – 100 tấn/24 giờ

2.2.3 Khắc chữ lên thủy tinh

a Khắc chữ lên thủy tinh bằng HF

Thủy tinh vốn rất cứng, lại trơn nên việc chạm khắc lên nó là việc rất khó Muốn chạm khắc hoa văn lên bề mặt thủy tinh, trước tiên người ta quét lên mặt thủy tinh một lớp paraffin Sau đó người ta chạm trổ hoa văn lên lớp paraffin đó, làm cho phần thủy tinh khắc sẽ lộ ra Sau khi khắc, trổ xong tạo thành các rãnh, người ta nhỏ một lượng hydrofluoric acid (HF) hoặc hỗn hợp CaF2 và H2SO4 đặc lên, chất này

28

gặp phần thủy tinh lộ ra do chạm khắc, xảy ra sự ăn mòn thủy tinh Các quá trình xảy ra:

CaF2 + H2SO4đặc → 2HF + CaSO44HF + SiO2 → SiF4 + 2H2O SiF4 + 2HF → H2SiF6(tan)

Hình 7.8: Sản phẩm thủy tinh được khắc bằng HF

b Khắc chữ lên thủy tinh bằng laser

Để khắc tạo hình lên thủy tinh người ta hay dùng máy khắc laser CO2, các mẫu khắc có thể là logo, chữ hay ký tự thể hiện thông tin muốn truyền tải Thông thường máy khắc laser chỉ có thể xử lý các vật mẫu dạng phẳng hoặc hơi gồ ghề bằng cách đặt chúng lên vùng làm việc của máy và khắc Tuy nhiên với vật mẫu có hình trụ, tròn, các nhà sản xuất máy laser đã thiết kế ra công cụ quay thích hợp với từng loại máy Chỉ cần cho dụng cụ giữ chặt mẫu thủy tinh khi khắc chúng sẽ tự

động xoay tròn để máy laser có thể khắc lên từng vị trí mà người dùng mong muốn

Hình 7.9: Sản phẩm thủy tinh được khắc bằng máy khắc laser

Ưu điểm khi sử dụng máy khắc laser: tạo lớp khắc rất mỏng, cách làm nhanh gọn và đơn giản, nét khắc đẹp, mịn, bền

Ở Việt Nam gốm, sứ đã có cách đây sáu, bảy ngàn năm, thời cực thịnh của gốm,

sứ là thời kỳ Lý – Trần (thế kỷ XI – XIV) Gốm là một trong những phát minh quan trọng của tổ tiên ta từ ngàn đời nay, với trí sáng tạo và đôi bàn tay khéo léo của người thợ gốm, đồ gốm đã trở thành một loại hình nghệ thuật mang tính dân gian sâu sắc

Hình 7.10: Làng gốm Bát Tràng

Làng gốm Bát Tràng (Hà Nội), Thổ Hà, Phù Lãng (Bắc Ninh), các nhà máy

sứ Hải Dương, Đồng Nai,… là những cơ sở sản xuất gốm, sứ nổi tiếng ở nước ta

2.3.2 Gốm

a Khái niệm

Gốm thô: là vật liệu vô cơ phi kim, được tạo nên do khối vật chất gồm các hạt nhỏ, mịn của các chất rắn được nung tới nhiệt độ thiêu kết để kết dính vào nhau; sau khi để nguội cả khối sẽ đông cứng lại Hình dạng của đồ gốm được giữ nguyên như khi chúng được tạo thành hình trước khi nung

Hình 7.11: Một số sản phẩm làm từ gốm

- Gốm xây dựng: gồm các loại gạch, ngói, ống dẫn nước, gạch clinker, tấm

ốp tường, lát nền, tấm ốp lát granite, sứ vệ sinh…

- Gốm dân dụng và mỹ nghệ: đồ đất nung như chậu cảnh, lu chậu sành, sứ bàn ăn và sứ mỹ nghệ,…

- Gốm kỹ thuật: dùng trong chi tiết máy mài, máy cắt trong ngành chế tạo máy: bình nghiền, ống dẫn, các chi tiết bền acid, bền hóa cho bơm và thiết bị ngành hóa; các vật liệu cách điện, các chi tiết trong thiết bị điện, điện tử,…

d Sản xuất gốm

Nguyên liệu sản xuất gốm

Nguyên liệu sản xuất chủ yếu gồm: Đất sét, cao lanh, chất phụ gia

Phương pháp sản xuất gốm

Để sản xuất gốm thường phải trải qua những công đoạn sau: Khai thác các loại nguyên liệu, chuẩn bị phối liệu, tạo hình sản phẩm, sấy và nung sản phẩm, trang hoàng sản phẩm

Nung sản phẩm gốm thô

Quá trình nung gốm thô được tiến hành qua 4 giai đoạn:

- Giai đoạn sấy khô ở 100 – 200oC: nước bốc hơi và thoát ra hoàn toàn

- Giai đoạn đốt nóng ở 200 – 900oC: chất hữu cơ cháy, nước hóa học tách ra, các carbonate phân hủy

- Giai đoạn nung cao lửa ở 900 – 1500oC: mạng lưới tinh thể của đất sét được hình thành, khoáng tridimit, cristohalit xuất hiện

- Giai đoạn làm nguội: nhiệt độ từ 1050oC hạ xuống còn 40 – 50oC

2.3.3 Gốm mịn (sứ)

a Khái niệm

Gốm mịn (gốm tinh vi, gốm tinh hay sứ): bao gồm sản phẩm có độ kết khối cao, mặt gãy đồng nhất, cỡ hạt mịn, độ xốp và độ hút nước bé Vết mảnh vỡ mịn và

- Sứ dân dụng: sản xuất các đồ dùng, đồ trang trí: bát, chén, đĩa, chậu,…

- Sứ kỹ thuật: được dùng để tạo các vật cách điện, bugi đánh lửa, chén chịu

Nung sứ

Sản phẩm sứ trước khi đưa vào lò nung phải được sấy trong các lò sấy (sấy phòng, sấy xích, lò sấy tuynen hoặc lò sấy đèn chiếu…) Nhiệt độ sấy vào khoảng

110 – 130oC, độ ẩm cuối cùng 1 – 2%

Tráng men trang hoàng sản phẩm

Men là lớp thủy tinh mỏng 0,1 – 0,3mm có tác dụng bảo vệ bề mặt, tránh tác dụng của các hóa chất và làm tăng vẻ đẹp của sản phẩm Có 2 loại men: men dễ chảy và men khó chảy

Tráng men: người ta tráng men lên sản phẩm bằng nhiều phương pháp: nhúng, dội, phun và lăn men Có thể tráng men sản phẩm sau giai đoạn sấy rồi đem nung một lần Nếu sản phẩm đã tráng men rồi thì nung lại (nung 2 lần)

32

Trang trí sản phẩm bằng các chất màu: các oxide kim loại màu khi ở nhiệt độ cao tác dụng với SiO2, Al2O3,… tạo thành hợp chất nhuộm màu Có hai loại: màu trên men và màu dưới men

- Silicon là một á kim, có tính chất của kim loại lẫn phi kim

- Silicon tương đối trơ, hầu như không bị ảnh hưởng bởi các acid

- Silicon kết tinh và có màu hơi xám

- Silicon cho truyền qua 95% bước sóng hồng ngoại

2.4.3 Các nguồn silicon

- Silicon là nguyên tố dồi dào thứ 2 trong lớp vỏ trái đất sau oxygen

- Silicon chiếm 25,7% trọng lượng lớp vỏ trái đất

- Silicon không được tìm thấy tự do trong thiên nhiên, xuất hiện dưới dạng oxide và silicate trong một số khoáng chất

2.4.4 Vật liệu silicon (silicone)

Silicone là các polymer bao gồm bất kỳ hợp chất tổng hợp, trơ được tạo thành từ các đơn vị lặp lại của siloxan, gồm một nhóm chức của hai nguyên tử silicon và một nguyên tử oxyen thường xuyên kết hợp với carbon hoặc hydrogen

Silicone thường chịu nhiệt và đàn hồi cao su, được sử dụng trong chất bít kín, chất kết dính, chất bôi trơn, thuốc men, dụng cụ nấu ăn và dùng trong cách nhiệt và cách điện Một số hình thức phổ biến bao gồm: dầu silicone, mỡ silicone, cao su silicone, nhựa silicone

Silicone có nhiều dạng và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng riêng biệt

- Ở dạng cát và đất sét được dùng nung thành gạch, là thành phần chính của thủy tinh

- Silicon vô định hình đã hydrat hóa có triển vọng trong xu hướng chế tạo pin kinh tế dùng biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng

- Silicon còn được dùng trong thẩm mỹ để nâng mũi, nâng ngực và độn mông Tuy nhiên việc lạm dụng silicone có thể gây ra nhiều tác hại cũng như di chứng đáng tiếc

E Câu hỏi tự kiểm tra đánh giá

1 Tính chất nào dưới đây không phải tính chất của xi măng?

A Tan trong nước

B Không hòa tan trong nước

3 Trộn đều một phần vôi với bốn phần cát và lượng nước vừa đủ ta thu được một

khối nhão gọi là vữa vôi dùng để kết dính các viên gạch, đá với nhau trong các công trình xây dựng Sau một thời gian, vữa vôi đông cứng dần và gắn chặt với gạch, đá a) Có phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình trộn vữa không? Viết phương trình phản ứng nếu có

b) Vì sao vữa vôi lại đông cứng dần và gắn chặt vào gạch, đá?

4 Hiện tượng ăn mòn xi măng và biện pháp đề phòng? Tạo sao lại xảy ra hiện

tượng dị ứng xi măng?

5 Tại sao dụng cụ trong phòng thí nghiệm thường làm bằng thủy tinh, sứ mà không

phải là sắt, thép? Tại sao không dùng lọ thủy tinh đựng dung dịch HF?