Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống mô phỏng cơ chế phản ứng hóa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm nhằm nâng cao chất lượng dạy và học
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Đặng Việt Hà Chuyên ngành : Lý luận và phương pháp dạy học Hóa học Mã số : 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN PHÚ TUẤN Thành phố Hồ Chí Minh - 2008 LỜI CẢM ƠN Luận văn này là kết quả của quá trình học tập tại Đại học Sư phạm Tp.HCM. Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Khoa học công nghệ - Sau đại học, Khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Tp.HCM. Tác giả xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ, động viên nhau trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu. Đặc biệt, tác giả xin được b ày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Nguyễn Phú Tuấn, TS. Trịnh Văn Biều, những người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tác giả nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong thời gian học tập, nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành luận văn này. Đặng Việt Hà DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CĐSP : Cao đẳng Sư phạm CNTT : Công nghệ thông tin ĐC : Đối chứng ĐHSP : Đại học Sư phạm LVTN : Luận văn tốt nghiệp NCKH : Nghiên cứu khoa học THCS : Trung học cơ sở THPT : Trung học phổ thông TN : Thực nghiệm MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việc đổi mới phương pháp dạy học là một yêu cầu cấp thiết được đặt ra với nền giáo dục nước ta hiện nay. Một trong những hướng đổi mới phương pháp dạy học là kết hợp các phương pháp dạy học với các phương tiện kỹ thuật dạy học hiện đại (phương tiện nghe nhìn, máy vi tính) nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình. Các cơ chế phản ứng trong chương trình Hóa học hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm thường khó tưởng tượng và khó ghi nhớ nê n cần có sự cải tiến trong phương pháp dạy học, có thể sử dụng một số phần mềm tin học để hỗ trợ như: Microsoft Powerpoint, Macromedia Flash… Đặc biệt phần mềm tin học Macromedia Flash, có thể hỗ trợ đắc lực cho việc mô phỏng các cơ chế phản ứng giúp cho việc học cơ chế phản ứng trở nê n trực quan và dễ hiểu hơn. Với mong muốn nâng cao chất lượng việc dạy và học Hóa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm chúng tôi đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÔ PHỎNG CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HÓA HỮU CƠ Ở TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẠY VÀ HỌC. ” 2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu Việc sử dụng phần mềm Macromedia Flash để xây dựng các đoạn phim hoạt hình đã được thiết kế nhiều. Tuy nhiên việc sử dụng những ứng dụng này vào từng bài giảng cụ thể đối với giáo viên là một việc rất khó khăn. Một số khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học ở trường ĐHSP TP.HCM cũng đã có nghiên cứu việc mô phỏng một số cơ chế phản ứng hóa hữu cơ nhưng chỉ dừng ở mức độ đơn giản dùng trong trường phổ thông. Ví dụ: “Ứng dụng Macromedia Flas h trong phương pháp dạy học phức hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học một số bài lên lớp chương hidrocacbon thơm”, khóa luận tốt nghiệp của SV Vũ Anh Thơ, năm học 2004, mô phỏng cơ chế phản ứng thuộc chương Hiđrocacbon thơm lớp 11, gồm các cơ chế của phản ứng halogen hóa, nitro hóa, sunfo hóa. “Ứng dụng Macromedia Flash trong phương pháp dạy học phức hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học một số bài lên lớp chương hiđrocacbon no”, khóa luận tốt nghiệp của SV Lê Minh Hồng Phương, năm học 2004, mô phỏng cơ chế phản ứng thuộc các bài ankan lớp 11. “Ứng dụng Macromedia Flas h trong phương pháp dạy học phức hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học một số bài lên lớp chương anken”, khóa luận tốt nghiệp của SV Nguyễn Bích Duyên, năm học 2004, mô phỏng cơ chế phản ứng thuộc chương anken lớp 11. “ Ứng dụng phần mềm Macromedia Flash trong dạy học hóa học ở trường THPT”, khóa luận tốt nghiệp của SV Đinh Thị Xuân Thảo, năm học 2005, mô phỏng cơ chế phản ứng thế clo vào metan và thế clo vào benzen. Hai cơ chế này thuộc chương trình Hóa THPT lớp 11. “Ứng dụng phần mềm Macromedia Flash vào việc thiết kế một số thí nghiệm hóa học trung học phổ thông”, khóa luận tốt nghiệp của SV Trần Thị Kim Trang, năm học 2008, mô phỏng các cơ chế: phản ứng cộng brôm vào etilen, phản ứng cộng HBr vào pr opilen, phản ứng cộng nước vào propilen (xúc tác axit), phản ứng cộng đihiđroxyl hóa anken (A E ), phản ứng cộng 1,2 và cộng 1,4 của đien liên hợp, phản ứng cộng đóng vòng 1,4 của đien liên hợp. Các cơ chế phản ứng này thuộc chương trình Hóa THPT lớp 11. Năm 2005, học viên Phạm Ngọc Sơn đã bảo vệ luận văn tốt nghiệp cao học tại ĐHSP Hà Nội với đề tài: “Ứng dụng CNTT xây dựng một số đồ họa về cơ chế phản ứng trong dạy học Hóa hữu cơ”. Đề tài này đã sử dụng phần mềm Macromedia Flash mô phỏng các cơ chế phản ứng: S N 1 , S N 2 , S E 1, S E 2, S E i, E 1 , E 2 , A E , A N , A R , cộng nucleophin A N (CO), thế nguyên tử O trong CO, thế X trong RCOX, thế ở nhân thơm S E (Ar), cộng đóng vòng Đinxơ – Anđơ, crackinh xúc tác, sự chuyển hóa giữa các dạng cấu tạo của glucozơ trong dung dịch. Tổng cộng có 17 đồ họa. Nhưng các đồ họa này chỉ mô phỏng cơ chế dưới dạng sơ đồ phản ứng dạng chữ, không mô phỏng dưới dạng mô hình 3D của phân tử. Mặt khác, các đồ họa này được thiết kế khá đơn giản, không lôi cuốn cả về màu sắc, bố cục và hiệu ứng hoạt hình. 3. Mục đích nghiên cứu đề tài Sử dụng chủ yếu phần mềm tin học Macromedia Flash để minh họa cơ chế của các phản ứng hóa học trong chương trình Hóa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm nhằm nâng cao hiệu quả dạy học. 4. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu tổng quan về phần mềm Macromedia Flash. - Dùng Flash mô phỏng cơ chế các phản ứng Hóa hữu cơ chương trình Cao đẳng Sư phạm. - Thiết kế bài giảng điện tử chương Dẫn xuất Halogen. - Thực nghiệm xác định kết quả chất lượng một số bài lên lớp chương “Dẫn xuất Halogen” trong giáo trình Hóa học hữu cơ 2 Cao đẳng Sư phạm. 5. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 5.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học ở trường Cao đẳng Sư phạm. 5.2. Đối tượng nghiên cứu Việc thiết kế hệ thống mô phỏng các cơ chế phản ứng phần Hóa học hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. 6. Phạm vi nghiên cứu Các cơ chế phản ứng Hóa hữu cơ trong giáo trình Hóa học hữu cơ 1 và 2 hệ Cao đẳng Sư phạm. Một số bài lên lớp chương Dẫn xuất halogen giáo trình Hóa học hữu cơ 2 hệ Cao đẳng Sư phạm. 7. Giả thuyết khoa học Nếu các mô phỏng cơ chế hóa hữu cơ được thực hiện đảm bảo tính khoa học, tính sư phạm, tính thẩm mỹ sẽ giúp sinh viên tiếp thu tốt và hiểu rõ cơ chế phản ứng; qua đó nâng cao được chất lượng dạy học môn Hóa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. 8. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu - Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài. - Phân tích, tổng hợp. - Sử dụng máy tính và các phần mềm tin học để thiết kế các mô phỏng cơ chế phản ứng hóa hữu cơ. - Điều tra thực tiễn. - Thực nghiệm sư phạm. - Tổng hợp và xử lý kết quả điều tra, kết quả thực nghiệm sư phạm th eo phương pháp thống kê toán học. 9. Đóng góp mới của luận văn Thiết kế hệ thống các mô phỏng cơ chế phản ứng Hóa hữu cơ dưới dạng mô hình phân tử 3D (một số cơ chế có kèm theo mô phỏng sơ đồ phản ứng dưới dạng công thức phân tử) giúp cho việc dạy học cơ chế trở nên sinh động, trực quan và hấp dẫn. Các cơ chế này được thiết kế kèm theo các nút điều khiển nên việc sử dụng trong dạy học trở nên dễ dàng và thuận lợi hơn. Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) trong dạy học hóa học 1.1.1. Tầm quan trọng của công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy học hóa học Công nghệ thông tin và truyền thông (công nghệ 4T), (tiếng Anh là information and communication technology – viết tắt là ICT) có ứng dụng vô cùng quan trọng trong dạy học. 1.1.1.1. Nhờ ICT ta có khả năng chọn nhập những thông tin cần thiết và xử lý nhanh để biến thành tri thức [4], [5] Chúng ta đang sống ở đầu thế kỷ 21, thời đại thông tin, nhân loại đang quá độ sang nền kinh tế tri thức mà đặc điểm của nó là sự bùng nổ của thông ti n, tri thức. Chính ICT, đặc biệt là ICT mới, đã trực tiếp sinh ra thời đại này, thời đại mà khối lượng thông tin nói chung tăng nhanh theo hàm số mũ. Trong tình hình đó, cũng chỉ nhờ công nghệ thông tin và truyền thông mới mới có khả năng chọn nhập từ bể cả thông tin đó những thông tin cần thiết và xử lý nhanh chóng chúng để biến thành tri thức. Công nghệ thông tin và truyền thông còn là một khía cạnh văn hóa của thế giới mới, và như mọi thứ văn hóa , nó sẽ được tiếp cận tốt nhất ở tuổi trẻ, giúp cho học sinh, sinh viên định hướng tư duy và thái độ của mình trong thời đại mới. Do đó cần làm cho thế hệ trẻ nhanh chóng làm quen với ICT thông qua dạy học và hình thành cho họ phong cách văn hóa mới. 1.1.1.2. ICT đang tạo ra những thay đổi mang mầm mống của một cuộc cách mạng giáo dục thực sự [6], [7] “Hội nghị Paris về giáo dục đại học trong thế kỷ 21” do UNESCO tổ chức tháng 10/1998 có tổng kết 3 mô hình giáo dục trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Mô hình giáo dục MÔ HÌNH TRUNG TÂM VAI TRÒ NGƯỜI HỌC CÔNG NGHỆ Truyền thống Người dạy Thụ động Bảng/ TV/ Radio Thông tin Người học Chủ động PC (máy tính) Tri thức Nhóm Thích nghi PC + mạng Trong các mô hình trên, mô hình “tri thức” là mô hình giáo dục hiện đại nhất hình thành khi xuất hiện thành tựu mới quan trọng nhất của ICT – mạng Internet. Cùng với mô hình mới nhất này những yếu tố thay đổi sâu sắc sau đây trong giáo dục xuất hiện: Yếu tố thời gian không còn bị ràng buộc chặt chẽ, xuất hiện khả năng giáo dục không đồng bộ; Yếu tố không gian sẽ không còn ràng buộc quá câu thúc; xuất hiện khả năng sinh viê n tham gia học tập mà không cần đến trường đại học; Giá thành toàn bộ của giáo dục giảm nhiều, vì xuất hiện các lớp ảo có qui mô lớn mà không cần trường lớp kiểu thông thường; Sự chuyển giao tri thức không còn chiếm vị trí hàng đầu của giáo dục nữa; sinh viên phải học cách truy tìm thông tin họ cần, đánh giá và xử lý thông tin để biến thành tri thức qua giao tiếp; Mối quan hệ giữa người dạy – người học theo chiều dọc sẽ được thay thế theo chiều nga ng, người dạy trở thành thúc đẩy, chuyên gia hướng dẫn hay đồng nghiệp, người học phải chủ động thích nghi. Nhóm trở nên rất quan trọng vì là môi trường để đối thoại, tư vấn, hợp tác; Thị trường giáo dục sẽ được toàn cầu hóa vì không còn bị ràng buộc về không gian. Ngôn ngữ trở thành một yếu tố thúc ép mạnh; Việc đánh giá không còn dựa vào khả năng thi cử như trước mà dựa nhiều hơn vào quá trình tiêu hóa tri thức để trở thành lành nghề, biểu hiện ở năng lực tiến hành nghiên cứu, thích nghi, giao tiếp, hợp tác…; Sự khác biệt giữa loại hình và cấp bậc giáo dục (tiểu học, trung học, đại học, dạy nghề…) sẽ ít quan trọng như trước đây, và giáo dục thường xuyên sẽ trở thành quan trọng nhất. Như vậy, ở bước ngoặt đi vào nền văn minh trí tuệ hiện nay, IC T đang tạo ra những thay đổi mầm mống của một cuộc cách mạng giáo dục thực sự, ở đó cơ cấu cứng nhắc theo truyền thống về mối quan hệ “không gia n- thời gian – trật tự thang bậc” sẽ bị phá vỡ. 1.1.2. Hướng ứng dụng của công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy học hóa học [4], [5], [6], [7], [32] - Sử dụng các phương pháp tính số, giải quyết các bài toán lý thuyết hóa học (hóa lượng tử, cơ học thống kê, động lực hóa học, nhiệt động học, động hóa học…). - Ghép nối trợ giúp cho các đo đạc thí nghiệm , nâng cao tính năng các công cụ đo. - Xây dựng các đĩa CD thí nghiệm mô phỏng hoặc thí nghiệm ảo, xây dựng một số trang Web dạy học một số nội dung hóa học có các mô hình xây dựng khái niệm và có thí nghiệm mô phỏng. - Làm các bài giảng tiện nghi để có thể dạy cho lớp học đông người, dạy từ xa, làm các phần mềm quản lý, chấm bài trắc nghiệm…phục vụ dạy học. Hướng thứ nhất rất quan trọng nhưng số người tham gia còn ít, cần đư ợc tăng cường; hướng thứ hai, thứ ba và thứ tư đã có nhiều cán bộ ở nhiều bộ môn tham gia. Hướng thứ tư đặc biệt phù hợp với giáo viên hóa học ở các trường trung học. [...]... chuột và chọn các tùy chọn phù hợp 1.2 Chương trình hóa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm Về mặt lý thuyết, chương trình Hóa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm gồm 3 học phần: Cơ sở hóa học hữu cơ 1, Cơ sở hóa học hữu cơ 2, Cơ sở hóa học hữu cơ 3 Do phạm vi nghiên cứu của luận văn là các cơ chế phản ứng thuộc chương trình Hóa học hữu cơ 1 và 2 nên dưới đây chỉ tập trung giới thiệu chương trình Cơ sở hóa học. .. chương trình 1 Học phần " Cơ sở hóa học hữu cơ 1" cần được thực hiện sau các học phần về Hóa đại cương và Hóa vô cơ để vận dụng các kiến thức hóa vô cơ – đại cương vào hóa hữu cơ Học phần này đặt cơ sở cho việc học các phần khác như Cấu tạo chất, Hóa học công nghệ và môi trường, Hóa sinh học, v.v… và đặc biệt cần thiết cho việc học các học phần Cơ sở hóa hữu cơ 2, 3 và 4 2 Cấu trúc chương trình học phần... để nâng cao trình độ về hóa học hữu cơ và các môn học có liên quan, tiến tới đạt trình độ đại học và có thể cao hơn nữa 1.2.1.2 Nội dung chương trình Hóa hữu cơ 1 Chương trình Hóa hữu cơ 1 gồm 5 chương: CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG (24 tiết gồm 19 tiết lý thuyết + 5 tiết bài tập) 1 Hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ 1.1 Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu của hóa học hữu cơ 1.2 Lược sử phát triển hóa học hữu cơ. .. nghệ hóa học hữu cơ ở Việt Nam Từ đó trau dồi thêm lòng yêu ngành, yêu nghề và yêu tổ quốc 2 Nắm được các kiến thức cơ bản và hiện đại mang tính chất đại cương về hóa học hữu cơ, bao gồm: những khái niệm về chất hữu cơ và hóa hữu cơ với những đặc thù riêng; những khái niệm về cấu trúc phân tử hữu cơ; hiệu ứng cấu trúc và phản ứng hữu cơ Từ đó, bước đầu nhận ra rằng hóa học hữu cơ là một ngành khoa học. .. trình hóa học hữu cơ ở THCS và THPT Vì vậy, trong quá trình thực hiện chương trình học phần này cần thường xuyên liên hệ với các chương trình và sách giáo khoa hóa học hữu cơ ở bậc phổ thông 1.2.2 Chương trình hóa hữu cơ 2 [8], [20], [21] Chương trình Cơ sở hóa học hữu cơ 2 hệ Cao đẳng Sư phạm có thời lượng là 60 tiết, gồm 40 tiết lý thuyết, 20 tiết thực hành 1.2.2.1 Mục tiêu của chương trình Học xong học. .. Tính chất hóa học của đien liên hợp: phản ứng cộng và cơ chế cộng; phản ứng trùng hợp; phản ứng Đinxơ-Anđơ 2.4 Giới thiệu riêng về buta-1,3-đien và isopren 2.5 Khái niệm về tecpen 3 Ankin 3.1 Đồng phân Danh pháp 3.2 Tính chất vật lý 3.3 Tính chất hóa học: phản ứng cộng; phản ứng oligome hóa; phản ứng oxi hóa; phản ứng thế nguyên tử H ở Csp 3.4 Điều chế: các phương pháp chung (từ dẫn xuất halogen) và. .. pháp và đồng phân 1.2 Tính chất vật lí 1.3 Tính chất hóa học: phản ứng thế và cơ chế thế; phản ứng tách và cơ chế tách; phản ứng với kim loại 1.4 Điều chế: từ hiđrocacbon và từ ancol 1.5 Đặc tính hóa học của các dẫn xuất flo 1.6 Giới thiệu riêng về một số dẫn xuất halogen quan trọng 1.7 Ứng dụng thực tiễn và tác hại của một số dẫn xuất halogen đối với môi trường 2 Hợp chất cơ nguyên tố 2.1 Hợp chất cơ. .. (đồng phân cấu tạo và đồng phân hình học) Danh pháp 1.2 Tính chất vật lý 1.3 Tính chất hóa học: phản ứng cộng và các cơ chế cộng; phản ứng trùng hợp; phản ứng thế; các phản ứng oxi hóa 1.4 Điều chế: từ ankan, ancol, dẫn xuất halogen (phản ứng tách) và từ ankin (phản ứng cộng) 1.5 Điều chế từ hợp chất cacbonyl 1.6 Ứng dụng 1.7 Giới thiệu riêng về etilen 2 Polien 2.1 Phân loại, đồng phân và danh pháp 2.2... hóa học hữu cơ THCS 4 Biết vận dụng những kiến thức tiếp thu được ở học phần này vào việc đào sâu và mở rộng nội dung của những bài liên quan ở THCS; trên cơ sở đó tránh được những sai phạm về nội dung khoa học và phương pháp tư duy 5 Có khả năng dạy tốt chương trình hóa học hữu cơ THCS, nhất là bài "Dẫn xuất của hiđrocacbon" 6 Có ý chí và khả năng tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ về hóa học hữu cơ. .. Nắm được tính chất, điều chế và những ứng dụng quan trọng của các loại hiđrocacbon no, không no và thơm, đặc biệt là các hiđrocacbon có trong chương trình trung học cơ sở 4 Nhận rõ sự liên quan giữa học phần này với các học phần hóa đại cương đã được học, và có cơ sở để học tốt các học phần tiếp sau của hóa học hữu cơ Biết vận dụng các kiến thức về hóa đại cương vào việc học hóa hữu cơ 5 Có khả năng . nâng cao chất lượng việc dạy và học Hóa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm chúng tôi đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÔ PHỎNG CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HÓA HỮU. trình dạy học ở trường Cao đẳng Sư phạm. 5.2. Đối tượng nghiên cứu Việc thiết kế hệ thống mô phỏng các cơ chế phản ứng phần Hóa học hữu cơ hệ Cao đẳng