Thiết kế thí nghiệm dạy học theo mô hình giáo dục stem phần ancol nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trung học phổ thông

34 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM PHẦN ANCOL NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1.. - Học sinh trình bày được quy

D Ạ Y H Ọ C T H E O M Ô H Ì N H

G I Á O D Ụ C S T E M

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

THI ẾT KẾ THÍ NGHIỆM DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH

GIÁO D ỤC STEM PHẦN ANCOL NHẰM PHÁT TRIỂN

N ĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRUNG

H ỌC PHỔ THÔNG (VNU - UED)

Nguyen Thanh Tu Group

vectorstock.com/28062440

34

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM PHẦN ANCOL NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

2.1 Phân tích vị trí, mục tiêu, nội dung kiến thức

2.1.1 Vị trí phần ancol trong chương trình hóa học THPT

Phần Ancol nằm trong phần kiến chương Dẫn xuất Halogen – Ancol – Phenol thuộc phần hóa học hữu cơ kì II của chương trình hóa học lớp 11

- Học sinh trình bày được cách điều chế ancol

- Học sinh nêu được ứng dụng của ancol trong thực tế

- Học sinh trình bày được quy trình thực hiện làm nước rửa tay khô; giấm

ăn và rượu từ ancol

- Học sinh giải thích được việc nước rửa tay khô giúp sát khuẩn là dựa vào khả năng thẩm thấu cao vào tế bào giúp sát trùng của ancol etylic ; việc điều chế

35

được giấm ăn (có thành phần chính là axit axetic) là dựa vào quá trình oxi hóa ancol etylic bằng oxi không khí với xúc tác men giấm

*) Kĩ năng

- Học sinh phân chia công việc cho các thành viên nhóm rõ ràng

- Học sinh hợp tác thảo luận và hỗ trợ được các thành viên trong nhóm

- Học sinh viết và cân bằng được các phương trình minh họa các ứng dụng của alcohol

- Học sinh thực hành tạo ra được sản phẩm: nước rửa tay khô, giấm ăn

*) Thái độ

Say mê, hứng thú học tập, yêu khoa học, có ý thức vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống

2.1.2 Năng lực cần phát triển

- Năng lực giao tiếp và hợp tác

- Năng lực thực nghiệm hóa học

- Năng lực tính toán hóa học

- Năng lực giải quyết vấn đề thông qua môn Hóa học

- Năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào cuộc sống

2.1.3 Phân tích nội dung và phương pháp dạy học phần ancol Hóa học lớp 11

Trong phần ancol HS lớp 11 thường gặp khó khăn trong phần tính chất hóa học Có rất ít các video thí nghiệm minh họa để HS dễ tiếp cận

Trong phần tính chất hóa học học sinh hay gặp khó khăn khi học phần tính chất đặc trưng của glixerol do đây là một chất lạ với học sinh, các em khó viết được phương trình hóa học minh họa

Các phương pháp thích hợp để dạy học phần ancol là:

- Phương pháp dạy học theo dự án

- Phương pháp dạy học giải quyết vấn đề

- Phương pháp thuyết trình

- Phương pháp giải thích và diễn giảng

- Phương pháp thảo luận theo nhóm

- Phương pháp dạy học theo mô hình giáo dục STEM

2.2 Nguyên tắc thiết kế thí nghiệm STEM

Khi lựa chọn và xây dựng thí nghiệm dạy học phần ancol theo mô hình giáo dục STEM cần đảm bảo các nguyen tắc sau:

Nguyên tắc 1: Xây dựng thí nghiệm phải huy động kiến thức tổng hợp của các môn học thuộc lĩnh vực STEM

Nguyên tắc 2: Nội dung giáo dục STEM phải đảm bảo vừa sức với HS Nguyên tắc 3: Nội dung giáo dục STEM phải có ý nghĩa thực tiễn và phù hợp với cuộc sống trải nghiệm của học sinh

37

Nguyên tắc 4: Khi xây dựng các nhiệm vụ cần hướng đến hình thành các năng lực thực nghiệm, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự học, năng lực quản lý, sáng tạo, giao tiếp và các năng lực chuyên biệt của môn hóa học

- Khi tổ chức đánh giá phải đảm bảo các nguyên tắc:

Đặc điểm vủa giáo dục STEM là định hướng sản phẩm, phương pháp giảng dạy là dạy học dựa trên dự án, học tập theo nhóm…Do vậy, việc đánh giá thường xuyên, đa dạng hóa các hình thức và công cụ đánh giá là rất cần thiết Ở đây, GV có thể đánh giá dựa trên các hoạt động trên lớp, đánh gia qua việc trình bày, báo cáo sản phẩm của người học… cần đảm bảo có sự kết hợp đánh giá của

GV với tự đánh giá và đánh giá chéo của HS

Đánh giá phải hướng tới sự phát triển năng lực và phẩm chất của HS thông qua các mức độ đạt chuẩn kiến thức, kĩ năng, thái độ và các biểu hiện năng lực của người học

Đánh giá không chỉ chú ý đến thành tích mà cần chú ý đến tính phát triển, đánh giá gắn liền với thực tiễn nghĩa là thay vì đánh giá tái hiện lại các kiến thức học từ sách vở thì cần phải đánh giá năng lực của người học, việc vận dụng các kiến thức được học vào thực tiễn cuộc sống Khi đánh giá phải đảm bảo kịp thời, công bằng, khách quan và không tạo áp lực cho HS đồng thời không so sánh HS này với HS khác, cần khuyến khích, động viên HS để các em phát huy tư duy sáng tạo và năng lực của bản thân

2.3 Quy trình thiết kế thí nghiệm STEM

Qua nghiên cứu tài liêu [10], quy trình thiết kế thí nghiệm dạy học theo mô hình giáo dục STEM gồm các bước như sau:

HS giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế

Ý tưởng thí nghiệm STEM: là bài toán mở được hình thành có tính chất kỹ

thuật nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn mà HS gặp phải

Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: là các kiến thức trong chủ đề có

liên quan đến Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, Hóa học, Sinh học,…

Xác định mục tiêu thí nghiệm STEM: là các kiến thức, kỹ năng, thái độ HS

sẽ đạt được sau khi tiến hành thí nghiệm

Xây dựng bộ câu hỏi định hướng thí nghiệm STEM: là các câu hỏi được đặt

ra cho HS nhằm gợi ý để giúp HS đề xuất các giải pháp nhằm đạt được mục tiêu Trong thời gian ngắn thì giáo viên cần định hướng thường xuyên cho HS qua câu hỏi định hướng hoạt động học tập

Vấn đề

thực tiễn

Ý tưởng thí nghiệm STEM

Xác định kiến thức STEM cần giải quyết

Xác định mục tiêu thí nghiệm STEM

Xây dựng

bộ câu hỏi định hướng thí nghiệm STEM

39

2.4 Một số thí nghiệm STEM ở phần ancol

Nội dung được lựa chọn để xây dựng thí nghiệm hóa học theo định hướng giáo dục STEM có thể là nội dung trong một bài hoặc một một bài riêng biệt hay một chuyên đề Việc lựa chọn này để đảm bảo rằng các kiến thức sẽ được áp dụng để giải quyết những vấn đề thực tiễn của thí nghiệm STEM là không khiên cưỡng

Với nội dung đã lựa chọn, GV nghiên cứu và xem xét những kiến thức từ nội dung đó đã được ứng dụng trong thực tiễn như thế nào Những biểu hiện của kiến thức đó trong thực tiễn cuộc sống Kiến thức đó đã được ứng dụng vào thiết

bị gì? Sản phẩm gì? Hệ thống nào? Quy trình nào? Lĩnh vực nào? Đây chính là

cơ sở hình thành ý tưởng cho thí nghiệm giáo dục STEM Thông tin chung của một thí nghiệm gồm:

+ Tên thí nghiệm

+ Mục tiêu

+ Liên hệ chương trình

2.4.1 Thí nghiệm điều chế giấm táo

*) Đối tượng và thời gian tổ chức

2.4.1.1 Vấn đề thực tiễn

40

Giấm chuối là một loại nguyên liệu có một vai trò quan trọng trong ẩm thực, ta vừa có thể sử dụng giấm để nêm nếm đồ ăn, vừa có thể dùng giấm để sát khuẩn, lại có thể dùng để pha nước chấm thơm ngon Ngày nay các gia đình vẫn thường hay mua giấm chế biến sẵn từ các cửa hàng nhưng lại không thể biết được chất lượng các loại giấm đó Vì vậy, cần xây dựng các thí nghiệm liên quan đến giấm chuối để học sinh tìm hiểu quy trình làm giấm chuối, sử dụng giấm hiệu quả,…góp phần giáo dục ý thức bảo vệ sức khỏe bản thân và gia đình

2.4.2.2 Hình thành ý tưởng thí nghiệm

- Các nguyên liệu để điều chế giấm chuối

- Quy trình điều chế giấm chuối

- Thời gian điều chế giấm chuối

2.4.1.3 Kiến thức STEM trong thí nghiệm

Bảng 2 1 Kiến thưc STEM trong thí nghiệm điều chế giấm chuối

Máy tính cầm tay

Quy trình điều

chuối từ rượu etylic, chuối, đường

lượng nguyên liệu để điều

41

2.4.1.4 Mục tiêu của thí nghiệm

*) Kiến thức

- HS nêu được nguyên liệu điều chế giấm chuối

- HS trình bày được phương pháp làm giấm chuối

- HS nêu được một số biện pháp rút ngắn quá trình điều chế giấm chuối

- HS trình bày được cơ chế tạo thành giấm chuối

*) Kỹ năng

- Điều chế được giấm chuối

- Rèn kỹ năng thuyết trình và bảo về chính kiến

- Rèn kỹ năng quan sát, tiến hành thí nghiệm, đo đạc và xử lí số liệu

- Kỹ năng tìm kiếm thông tin, xử lý thông tin để rút ra kết luận

*) Thái độ

- Sẵn sàng nhận nhiệm vụ và tích cực tham gia nhiệm vụ

- Có ý thức đánh giá được hiệu quả công việc giữa các thành viên trong nhóm

- Có ý thức vận dụng kiến thức đã học phục vụ các nhu cầu cuộc sống

2.4.1.5 Bộ câu hỏi định hướng

- Giấm ăn có vai trò như thế nào trong đời sống?

- Điều chế giấm chuối như thế nào?

- Có những cách nào để rút ngắn thời gian điều chế giấm chuối?

2.4.2 Điều chế nước rửa tay khô

*) Đối tượng và thời gian tổ chức

Điêu chế nước rửa tay

khô

42

2.4.2.1 Vấn đề thực tiễn

Nước rửa tay khô có tác dụng tốt trong việc sát khuẩn và cũng rất dễ sử dụng Trong thời điểm dịch Covid-19 đang diễn biến phức tạp như hiện nay thì mỗi người cần mang theo bên mình một chai nước rửa tay khô để khử khuẩn mỗi khi tiếp xúc với các bề mặt khác Vì vậy cần xây dựng và tổ chức thí nghiệm liên quan đến nước rửa tay khô để HS tìm hiểu và đánh giá công dụng và cách điều chế của nước rửa tay khô giúp HS hình thành ý thức bảo vệ sức khỏe của bản thân và những người xung quanh

2.4.2.2 Hình thành ý tưởng thí nghiệm

- Nguyên liệu làm nước rửa tay khô

- Quy trình điều chế nước rửa tay khô

- Làm ra các loại nước rửa tay khô có mùi hương khác nhau

2.4.2.3 Kiến thức STEM trong thí nghiệm

Bảng 2 2 Kiến thức STEM trong thí nghiệm điều chế nước rửa tay khô

Bình xịt, các loại tinh dầu

Quy trình điều chế nước rửa tay khô theo tiêu chuẩn của

lượng nguyên liệu để điều

- HS nêu được nguyên liệu điều chế nước rửa tay khô

- HS trình bày được quy trình điều chế nước rửa tay khô của WHO

- HS trình bày được cơ chế tạo thành nước rửa tay khô

- HS nêu được các nguyên liệu có thể thay thế các nguyên liệu trong cách điều chế nước rửa tay khô của WHO

*) Kỹ năng

- Điều chế được nước rửa tay khô

- Điều chế được nước rửa tay khô có mùi hương khác nhau

- Rèn kỹ năng thuyết trình và bảo về chính kiến

- Rèn kỹ năng quan sát, tiến hành thí nghiệm, đo đạc và xử lí số liệu

- Kỹ năng tìm kiếm thông tin, xử lý thông tin để rút ra kết luận

*) Thái độ

- Có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của nhóm

- Có ý thức tuân thủ quy tắc an toàn khi sử dụng cồn

- Có ý thức đánh giá được hiệu quả công việc giữa các thành viên trong nhóm

- Có ý thức vận dụng kiến thức đã học phục vụ các nhu cầu cuộc sống

2.4.1.5 Bộ câu hỏi định hướng

- Nước rửa tay khô có vai trò như thế nào trong đời sống?

44

- Điều chế nước rửa tay khô như thế nào?

- Nguyên liệu có thể thay thế các nguyên liệu trong cách điều chế nước rửa tay khô của WHO?

- Cách để tạo mùi cho nước rửa tay khô?

2.4.3 Điều chế rượu hoa quả

*) Đối tượng và thời gian tổ chức

2.4.3.1 Vấn đề thực tiễn

Rượu hoa quả là một loại đồ uống khá phổ biến trong các gia đình Loại rượu này có nồng độ cồn thấp và thích hợp với nhiều người Ngoài ra, nếu uống rượu hoa quả với hàm lượng thích hợp sẽ giúp hỗ trợ điều trị nhiều bệnh như bệnh về tim mạch, huyết áp,… Tuy nhiên ngoài thị trường rượu hoa quả có giá thành khá đắt và không đảm bảo chất lượng VÌ vậy, cần xây dựng và tổ chức các thí nghiệm tìm hiểu và đánh giá về rượu hoa quả góp phần hình thành ý thức vận dụng kiến thức đã học vào thực tế

2.4.3.2 Hình thành ý tưởng thí nghiệm

- Nguyên liệu làm rượu hoa quả

- Quy trình điều chế rượu hoa quả

- Liều lượng sử dụng rượu hoa quả để tốt cho sức khỏe

2.4.3.3 Kiến thức STEM trong thí nghiệm

chế rƣợu hoa quả

lƣợng nguyên liệu để điều

- HS nêu đƣợc nguyên liệu điều chế rƣợu hoa quả

- HS trình bày đƣợc quy trình làm rƣợu hoa quả

- HS trình bày đƣợc cơ chế tạo thành rƣợu hoa quả

- HS nêu đƣợc cách rút ngắn thời gian điều chế rƣợu hoa quả

*) Kỹ năng

- Điều chế đƣợc rƣợu hoa quả

- Rèn kỹ năng thuyết trình và bảo về chính kiến

- Rèn kỹ năng quan sát, tiến hành thí nghiệm, đo đạc và xử lí số liệu

- Kỹ năng tìm kiếm thông tin, xử lý thông tin để rút ra kết luận

*) Thái độ

46

- Có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của nhóm

- Có ý thức vệ sinh không gian làm việc sau khi thực hiện thí nghiệm

- Có ý thức đánh giá được hiệu quả công việc giữa các thành viên trong nhóm

- Có ý thức vận dụng kiến thức đã học phục vụ các nhu cầu cuộc sống

2.4.3.5 Bộ câu hỏi định hướng

- Rượu hoa quả có ứng dụng như thế nào trong đời sống?

- Điều chế rượu hoa quả như thế nào?

- Cách làm rượu hoa quả ngon?

2.5 Vận dụng thí nghiệm dạy học theo mô hình giáo dục STEM phần ancol

để phát triển năng lực thực nghiệm hóa học cho học sinh trung học phổ

*) Đối tượng: Học sinh lớp 11A0 trường THPT Lương Thế Vinh

*)Thời gian:3 tuần

*)Phương pháp: Làm việc theo nhóm, thu thập và xử lí thông tin, trình bày sản

phẩm

II Mục tiêu

47

1 Kiến thức:

- Học sinh nêu được khái niệm của ancol

- Học sinh trình bày được tính chất vật lý của alcohol

- Học sinh trình bày được tính chất hóa học của alcohol

- Hoạc sinh nêu được cách điều chế ancol

- Học sinh trình bày được ứng dụng của alcohol: Điều chế giấm chuối, điều chế nước rửa tay khô

- Học sinh trình bày được cách làm giấm chuối, rượu hoa quả và nước rửa tay khô

- Học sinh giải thích được vai trò của ancol khi làm giấm và khi làm nước rửa tay khô

2 Kĩ năng

- Học sinh phân chia công việc rõ ràng

- Tư duy độc lập, nghiên cứu, trao đổi, thảo luận nhóm

- Học sinh hợp tác thảo luận với các thành viên trong nhóm

- Học sinh viết và cân bằng được các phương trình về tính chất hóa học và điều chế ancol

3 Thái độ

- Có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của nhóm

- Có ý thức đảm bảo an toàn phòng thí nghiệm

- Say mê nghiên cứu, có sự yêu thích môn học

- Có ý thức vệ sinh không gian làm việc sau khi thực hiện thí nghiệm

- Có ý thức đánh giá được hiệu quả công việc giữa các thành viên trong nhóm

- Có ý thức vận dụng kiến thức đã học phục vụ các nhu cầu cuộc sống

III Công tác chuẩn bị của giáo viên

- GV soạn kế hoạch dự án, các hướng dẫn nghiên cứu, thang đánh giá, tài liệu hỗ trợ GV và HS

- In các tài liệu trên để phát cho mỗi nhóm HS

- Chuẩn bị trang thiết bị và cơ sở vật chất tốt để thực hiện dự án

- Tài liệu kiến thức bổ trợ: Kiến thức về ancol

1 Khái niệm về Ancol

Ancol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm hiđroxyl –OH liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon no

Ví dụ: CH3OH (metanol), C2H5OH (etanol),…

49

*) Danh pháp

- Tên thường: ancol + tên gốc hiđrocacbon + ic

- Tên thay thế: Tên hiđrocacbon tương ứng + Số chỉ vị trí nhóm –OH + ol

- Với Na: 2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2

- Với Cu(OH)2 (phản ứng đặc trưng của ancol đa chức có ít nhất 2 nhóm –

OH kề nhau tạo dd xanh lam) VD: glyxerol; etilen glycol

2C3H5(OH)3 + Cu(OH)2 → [C3H5(OH)2O]2Cu + 2H2O

*) Phản ứng thế nhóm –OH

- Phản ứng với axit vô cơ: C2H5OH + HBr → C2H5Br + H2O

Phản ứng với ancol: C2H5OH+ C2H5OH H SO2 4 140 CC2H5-O-C2H5

*) Phản ứng tách nước

50

Các ancol no, đơn chức, mạch hở (trừ methanol) có thể bị tách nước tạo thành anken ở 170ºC và xúc tác H2SO4 đặc

*) Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

- Ancol bậc 1 → anđehit (hoặc axit)

VD: RCH2OH + CuO → RCHO + H2O + Cu

RCH2OH + O2 → RCOOH + H2O

- Có nhóm –OH đính trực tiếp vào nguyên tử C có nối đôi

- Có từ 2 nhóm –OH cùng đính vào một nguyên tử C

*) Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

Khi bị đốt các ancol tỏa nhiều nhiệt: C2H5OH + 3O2→ CO 2 + H2O

*) Phản ứng với axit hữu cơ (phản ứng este hóa)

- Phương trình tổng quát:

51

* Lưu ý:

- Phản ứng được thực hiện trong môi trường axit và đun nóng

- Phản ứng có tính thuận nghịch nên chú ý đến chuyển dịch cân bằng

5 Điều chế

*) Phương pháp tổng hợp

- Điều chế ancol từ dẫn xuất halogen

- Điều chế ancol từ anken (điều kiện phản ứng H+)

- Điều chế ancol từ andehit hoặc xeton (điều kiện phản ứng Ni, t0)

- Điều chế ancol đa chức từ anken

- Điều chế ancol metylic bằng phương pháp riêng

*) Phương pháp sinh hóa

(C6H10O5)n H O t xt2 , , C6H12O6enzimC2H5OH

6 Ứng dụng

Etanol có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp dược phẩm, y tế, mỹ phẩm, làm dung môi cho một số hợp chất hữu cơ;…

III Thực hiện dự án:

Chia nhóm: Chia 3 nhóm (mỗi nhóm 13-15 học sinh)

Nhiệm vụ của giáo viên:

- Tổ chức cho từng nhóm thảo luận để xây dựng kế hoạch thực hiện dự án, theo dõi, hướng dẫn các nhóm thực hiện

- Phân công nhiệm vụ cho mỗi nhóm

- Thường xuyên kiểm tra, nhắc nhở các nhóm trong quá trình làm việc của các nhóm

- Chủ đề dư án của các nhóm:

52

IV Kế hoạch thực hiện

- Tuần 1: Giới thiệu chủ đề buổi học Phát tài liệu và phân công nhiệm vụ mỗi

nhóm

- Tiết 2: Kiểm tra sản phẩm của học sinh

- Tiết 3: Học sinh báo cáo sản phẩm

- Ôn tập lại các kiến thức

về ancol

- Hướng dẫn nhóm triển

khai dự án: Điều chế

giấm chuối; điều chế

nước rửa tay khô và

điều chế rượu hoa quả

− Trả lời các câu hỏi của giáo viên

− Phân công nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm thực hiện dự án theo đúng kế hoạch

− Tiến hành thu thập xử lý thông tin thu được

− Xây dựng sản phẩm hoặc bản báo cáo

− Liên hệ, tìm nguồn giúp đỡ khi cần

− Thường xuyên thông tin, phản hồi cho giáo viên

và các nhóm khác

− Chuẩn bị giới thiệu sản phẩm

− Tiến hành giới thiệu sản phẩm, nội dung nghiên

− Tiến hành thu thập xử lý thông tin thu được

− Xây dựng sản phẩm hoặc bản báo cáo

− Liên hệ, tìm nguồn giúp đỡ khi cần

− Thường xuyên thông tin, phản hồi cho giáo viên

54

Hình 2 2 Sản phẩm của nhóm 1: Giấm chuối

− Nhóm 2: Điều chế nước rửa tay khô

Hình 2 3 Sản phẩm của nhóm 2: Nước rửa tay

khô

− Nhóm 3: Điều chế rượu hoa quả

+ Nguyên liệu cần chuẩn bị

+ Nguyên liệu có thể thay thế

+ Dụng cụ cần chuẩn bị

+ Cách tiến hành điều chế giấm chuối

+ Nguyên liệu cần chuẩn bị