Giáo án NLS chuyên đề Hoá học 10 Bài 11: Thực hành tính tham số cấu trúc và năng lượng

BÀI 11: THỰC HÀNH TÍNH THAM SỐ CẤU TRÚC VÀ NĂNG LƯỢNG 

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

 Học xong bài này, HS đạt các yêu cầu sau:

• Nêu được quy trình tính toán bằng phương pháp bán kinh nghiệm (nhập file đầu vào, chọn phương pháp tính, thực hiện tính toán, lưu kết quả).
• Sử dụng được kết quả tính toán để thấy hình học phân tử, xu hướng thay đổi độ dài, góc liên kết và năng lượng phân tử trong dãy các chất (cùng nhóm, chu kì, dãy đồng đẳng,...).

2. Năng lực 

 Năng lực chung:

• Năng lực tự chủ và tự học trong tìm tòi khám phá
• Năng lực giao tiếp và hợp tác trong trình bày, thảo luận và làm việc nhóm
• Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong thực hành, vận dụng.

Năng lực riêng: 

• Nhận thức hóa học: Nêu được quy trình tính toán bằng phương pháp bán kinh nghiệm.
• Tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ hóa học, năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng đã học: Sử dụng được kết quả tính toán để thấy hình học phân tử, xu hướng thay đổi độ dài, góc liên kết và năng lượng phân tử trong dãy các chất.

Năng lực số: 

• [1.2.NC1b]: Đánh giá dữ liệu, thông tin và nội dung số - HS tiến hành quan sát, rà soát và đánh giá được dữ liệu thô trong file văn bản kết quả (.out) do phần mềm xuất ra để trích xuất đúng giá trị nhiệt tạo thành và độ dài liên kết cần tìm. 
• [2.1.NC1a]: Tương tác thông qua công nghệ số - HS sử dụng thiết bị điện thoại thông minh để truy cập và tương tác trực tiếp trên nền tảng Quizizz/Kahoot nhằm hoàn thành bài tập trắc nghiệm củng cố kiến thức ở phần Luyện tập. 
• [2.4.NC1a]: Hợp tác thông qua công nghệ số - HS chủ động đề xuất sử dụng công cụ lưu trữ đám mây (Google Drive) hoặc Google Docs tạo không gian làm việc chung để các thành viên hợp tác viết file dữ liệu đầu vào cho các phân tử. 
• [3.1.NC1a]: Phát triển nội dung số - HS áp dụng phần mềm Notepad/Wordpad để tạo file văn bản (.txt) và tiến hành chỉnh sửa đổi đuôi định dạng file thành (.mop) để phần mềm MOPAC có thể đọc được. 
• [5.3.NC1b]: Sử dụng sáng tạo công nghệ số - HS áp dụng xử lý nhận thức tập thể bằng cách chụp màn hình kết quả cấu trúc 3D trên Avogadro, tải lên bảng ảo Padlet để cả lớp cùng so sánh góc liên kết của dãy các chất. 
• [6.1.NC1b]: Hiểu biết về trí tuệ nhân tạo - HS so sánh được phần mềm tính toán lượng tử (MOPAC) xử lý dữ liệu dựa trên các phương trình vật lí xác định, khác với các hệ thống AI học máy xử lý dữ liệu dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo. 

Năng lực AI: 

• [10.A1.1]: Con người trong hệ thống AI - HS thực hành xác định được vai trò của con người: Dù MOPAC tự động tính toán cấu trúc tối ưu, con người vẫn phải là người thiết lập chính xác tọa độ ma trận Z ban đầu và ra lệnh thực thi phần mềm.
• [10.B2.1]: Tuân thủ quy định và pháp luật khi sử dụng AI - HS nêu được ví dụ vi phạm: Việc sử dụng Chatbot AI để tự động tạo ra file ma trận Z nộp cho GV mà không tự học cách viết và không khai báo là hành vi vi phạm quy định về tính trung thực học thuật. 
• [10.C3.3]: Một số công nghệ trong AI - HS phân biệt được rõ ràng bản chất của AI tạo sinh (như ChatGPT tạo ra đoạn văn bản/thơ) với thuật toán tính toán/dự đoán hóa học (như MOPAC tính toán năng lượng tối ưu của phân tử)]. 

3. Phẩm chất

• Có ý thức học tập, ý thức tìm tòi, khám phá và sáng tạo, có ý thức làm việc nhóm, tôn trọng ý kiến các thành viên khi hợp tác.
• Chăm chỉ tích cực xây dựng bài, có trách nhiệm, chủ động chiếm lĩnh kiến thức theo sự hướng dẫn của GV.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 

1. Đối với GV

- SGK Chuyên đề Hóa học 10, Tài liệu giảng dạy, KHBD, đồ dùng dạy học, máy tính điện tử có cài phầm mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học Avogadro và phần mềm MOPAC.

- Máy tính cá nhân/Laptop, màn hình máy chiếu/Tivi tương tác, kết nối Internet tốc độ cao. Các phần mềm ứng dụng: Quizizz/Kahoot (tạo câu hỏi trắc nghiệm), website kenhhoctap.edu.vn, nền tảng AI (ChatGPT/Gemini), ứng dụng Google Docs/ Padlet, Canva.

- Video AI tạo bằng công cụ AI được dùng để khởi động bài học. 

2. Đối với HS

- SGK Chuyên đề Hóa học 10, SBT, vở ghi, giấy nháp, đồ dùng học tập (bút, thước...), bảng nhóm, bút viết bảng nhóm.

- Điện thoại thông minh (Smartphone) hoặc máy tính bảng có kết nối Internet, cài sẵn trình duyệt web.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

1. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG 

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

2. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI

Hoạt động 1: Cách chạy phần mềm MOPAC trên Windows-10

a) Mục tiêu: 

- HS biết cách sử dụng phần mềm MOPAC được cài đặt trên Windows-10.

b) Nội dung:

 GV hướng dẫn, thao tác mẫu, HS thực hiện dưới sự hướng dẫn của GV. Tích hợp kĩ năng so sánh công nghệ và xác định vai trò con người.

c) Sản phẩm: HS biết cách chạy phần mềm MOPAC trên Windows-10.

d) Tổ chức thực hiện:

Hoạt động 2: Tạo file dữ liệu để chạy một chương trình MOPAC. Thực hiện một chương trình tính MOPAC.

a) Mục tiêu: 

- HS biết cách tạo file dữ liệu dùng để chạy một chương trình MOPAC.

- HS chạy được một chương trình MOPAC tính tối ưu hoá cấu trúc và tính nhiệt hình thành của phân tử .

b) Nội dung: GV hướng dẫn thực hành. HS làm thực hiện. Tạo file bằng Notepad, đổi đuôi file, chạy phần mềm. Tích hợp kĩ năng chỉnh sửa định dạng file số và giáo dục đạo đức AI.

c) Sản phẩm: HS tạo file dữ liệu và thực hiện được một chương trình tính MOPAC.

d) Tổ chức thực hiện: 

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

Hoạt động 3: Đọc file kết quả và sử dụng kết quả của chương trình MOPAC.

a) Mục tiêu: 

- HS đọc và sử dụng được kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc và tính nhiệt hình thành của phân tử .

b) Nội dung:

 HS đọc SGK, nghe giảng, HS thực hành dưới sự hướng dẫn của GV.

c) Sản phẩm: HS đọc file kết quả, sử dụng kết quả của chương trình.

d) Tổ chức thực hiện:

Hoạt động 4: Đọc file kết quả và sử dụng kết quả của chương trình MOPAC. Sử dụng kết quả tính tối ưu hóa cấu trúc để thấy được cấu trúc hình hoc của phân tử H₂O.

a) Mục tiêu: 

- HS sử dụng kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc bằng phần mềm MOPAC để biểu diễn được cấu trúc phân tử nước bằng phần mềm Avogadro.

- HS sử dụng phần mềm Avogadro để hiển thị được các tham số cấu trúc của một phân tử (từ đó HS có thể so sánh được các tham số cấu trúc của các chất trong cùng một dãy đồng đẳng hoặc trong cùng một nhóm).

b) Nội dung:

 HS đọc SGK, nghe giảng, thực hành các bước theo sự hướng dẫn của GV. Sao chép tọa độ vào Avogadro, hiển thị tham số. Tích hợp xử lí tập thể số và phân biệt AI.

c) Sản phẩm: HS sử dụng kết quả tính được để thấy được cấu trúc hình học của phân tử H₂O, sử dụng phần mềm AVOGADRO.

d) Tổ chức thực hiện:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

3. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a) Mục tiêu: Học sinh củng cố lại kiến thức đã học.

b) Nội dung: HS vận dụng các kiến thức của bài học thực hiện các nhiệm vụ được giao.

c) Sản phẩm học tập: HS thực hành tính toán bằng phương pháp bán kinh nghiệm và sử dụng kết quả tính toán đê thấy được hình học phân tử, xu hướng thay đổi độ dài, …

d) Tổ chức thực hiện:

Nhiệm vụ 1 : Trả lời câu hỏi tự luận 

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ: 

- GV tổ chức cho HS hoạt động thực hiện Câu 1, 2 (SGk -tr70+74).

- Do việc lập ma trận Z dễ nhầm lẫn kí hiệu, Nhóm trưởng hãy đề xuất các công cụ số cho quá trình hợp tác: Lập một file Google Docs, chia sẻ quyền cho các bạn cùng gõ chung đoạn mã (AM1 OPT ENPART...) và kiểm tra chéo các dòng nguyên tử H, N, C trực tuyến trước khi lưu thành file .txt.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: 

- HS quan sát và chú ý lắng nghe, thảo luận nhóm, hoàn thành các bài tập GV yêu cầu.

- HS thao tác trên Google Docs để soạn mã nguồn file.

- GV quan sát và hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận: 

- Mỗi bài tập GV mời HS trình bày. Các HS khác chú ý chữa bài, theo dõi nhận xét bài trên bảng.

- GV chiếu màn hình Google Docs, sửa lỗi cú pháp.

Bước 4: Kết luận, nhận định: 

- GV chữa bài, chốt đáp án, nhận xét.

[2.4.NC1a]: Nhóm trưởng chủ động thiết lập không gian làm việc số (Google Docs) để các thành viên hợp tác trực tuyến, cùng nhau gõ và rà soát cú pháp lệnh lập trình Hóa học, nâng cao hiệu suất làm việc nhóm.

Kết quả: 

1. Độ dài liên kết và góc liên kết trong phân tử nước, tính tối ưu được theo phương pháp lần lượt là và . Kết quả này gần với các giá trị thực nghiệm đã cho.

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

Nhiệm vụ 2: Trả lời câu hỏi trắc nghiệm 

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV tổ chức game trắc nghiệm trên Quizizz/Kahoot.

- GV sử dụng ứng dụng kenhhoctap.edu.vn để tham khảo và cho sinh làm trắc nghiệm online.

- GV cung cấp mã phòng thi.

- GV trình chiếu lần lượt các câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn ra 1 đáp án đúng:

Câu 1: Để phần mềm MOPAC có thể đọc và tính toán, file dữ liệu đầu vào phải có phần mở rộng (đuôi) là gì?

A. .doc 

B. .txt 

C. .mop 

D. .out

Câu 2: Khi đọc file kết quả .out của MOPAC, giá trị "HEAT OF FORMATION" mang ý nghĩa hóa học là gì?

A. Nhiệt tạo thành của phân tử.

B. Độ dài liên kết. 

C. Góc liên kết. 

D. Thể tích phân tử.

Câu 3: …………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS vận dụng kiến thức đã học và trả lời câu hỏi. 

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết. 

- HS sử dụng thiết bị di động truy cập, hoàn thành bài tập trong thời gian 5 phút.

Bước 3: HS báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Hệ thống tự động chấm điểm và xếp hạng.

- GV chiếu bảng xếp hạng và chữa nhanh câu sai nhiều nhất.

- GV mời đại diện HS trả lời:

Đáp án câu hỏi trắc nghiệm khách quan:

- GV mời đại diện HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức.

[2.1.NC1a: Sử dụng được nhiều công nghệ số để tương tác. HS sử dụng Smartphone truy cập thành công vào nền tảng Kahoot/Quizizz, đọc hiểu câu hỏi trên màn hình và thực hiện tương tác (chọn đáp án) trong một môi trường số đa người dùng.]

4. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a) Mục tiêu: 

- Học sinh thực hiện làm bài tập vận dụng để nắm vững kiến thức.

b) Nội dung: HS sử dụng SGK và vận dụng kiến thức đã học để làm bài tập.

c) Sản phẩm: HS sử dụng kết quả tính tối để thấy được cấu trúc hình học của CH₃ và NH₄, thực hành với phần mềm MOPAC và Avogadro.

d) Tổ chức thực hiện: 

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..