''Chemia w małej skali w praktyce szkolnej'' (''Chemia w Szkole'' 1-2008 r.), chemia, 'Chemia w szkole' i inne ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Metodyka i praktyka szkolna
Chemia w małej skali
w praktyce szkolnej
Efektywne nauczanie chemii w szkole na podstawie szkolnego
eksperymentu chemicznego jest rzeczą konieczną i głęboko uzasadnioną
dydaktycznie [1, 2]. Praktyka wykazuje, że nie powinno się nauczać
chemii bez stosowania doświadczeń chemicznych i eksponowania
praktycznej strony tego przedmiotu.
ALEKSANDER KAZUBSKI
cjach chemii nieodłącznie wiąże się
z realnymi zagrożeniami oraz z pro-
blemem utylizacji mieszanin poreakcyj-
nych. Coraz częściej są to elementy, które
skłaniają wielu nauczycieli do rezygnacji
zeksperymentów na lekcjach przyrody
ichemii. Podwyższenie bezpieczeństwa
na lekcjach i zmniejszenie ilości odpadów
poreakcyjnych jest realne, jeśli zredukuje
się skalę doświadczeń. Jedną z możliwych
do zastosowania w tym przypadku technik
jest wykonywanie doświadczeń chemicz-
nych w małej skali. Ogólnie rzecz ujmując,
technika ta dotyczy przeprowadzania eks-
perymentów chemicznych z wykorzysta-
niem małych ilości substancji stałych (kil-
kadziesiąt do kilkuset mg) oraz niewielkich
objętości cieczy (do ok. 1 cm
3
).
Redukcja skali wymaga zmodyfikowania
sposobu wykonywania doświadczeń i zasto-
sowania odpowiedniego, często nietradycyj-
nego wyposażenia oraz specjalnych instruk-
cji wykonywania eksperymentu. Czasami
przy przeprowadzaniu bardziej zaawanso-
wanych doświadczeń bazuje się na techni-
kach wypracowanych w mikrobiologii.
Idea prowadzenia doświadczeń che-
micznych i nauczania na podstawie do-
świadczeń chemicznych wykonywanych
wmałej skali (
Small-Scale Chemistry –
SSC
lub
Microscale Chemistry Experimentation
– MCE) pojawiła się około 30 lat temu [3].
Do dzisiaj ta technika doczekała się róż-
nych rozwiązań i zastosowań. Stosowano ją
między innymi do nauczania chemii w dzie-
siątkach rozwijających się krajów (program
„UNESCO/IUPAC – CTC Global Pro-
gram in Microchemistry”). Z powodze-
niem wykorzystuje się ją do nauczania che-
mii na różnych poziomach, w tym również
uniwersyteckim, przede wszystkim w USA
[3]. O dużym znaczeniu tej techniki w na-
uczaniu może świadczyć fakt pojawienia się
wczasopiśmie
Journal of Chemical Educa-
tion
w dziale „In the laboratory” podroz-
działu „The microscale laboratory”.
Do niewątpliwych zalet stosowania tej
techniki w nauczaniu chemii należą:
zwiększenie bezpieczeństwa ekspery-
mentu,
znaczne zmniejszenie ilości odpadów
poreakcyjnych,
możliwość wykonywania doświadczeń
chemicznych nawet w bardzo słabo wy-
posażonej szkole,
indywidualizacja wykonywania doświad-
czeń i podwyższanie motywacji uczniów,
skrócenie czasu realizacji doświadczeń,
co pozwala na bardziej wnikliwe prze-
dyskutowanie obserwacji, wniosków
i teorii związanej z eksperymentami,
1/2008
11
P
rzeprowadzanie doświadczeń na lek-
Metodyka i praktyka szkolna
możliwość wykonania większej liczby
eksperymentów podczas realizacji jed-
nostki metodycznej,
wykonywanie eksperymentów niemożli-
wych do przeprowadzenia na lekcji me-
todami tradycyjnymi w standardowej
szkolnej skali,
łatwe i szybkie przygotowanie doświad-
czeń,
korzyści ekonomiczne – ogólna obniżka
kosztów reagentów i wyposażenia.
Gotowe zestawy laboratoryjne do tej
techniki (
Small-Scale Chemistry Kits
,
Mi-
crochem Kits
) są osiągalne w różnych kra-
jach. Przykładowe elementy zestawu firmy
SOMERSET (Południowa Afryka) przed-
stawiają fotografie od 1–3.
Wprezentowanym zestawie reakcje che-
miczne w roztworach, wiążące się z obser-
wowalnym wytrąceniem czy rozpuszcze-
niem osadów lub zmianą zabarwienia,
wykonuje się w mniejszych otworach spe-
cjalnie przygotowanej płytki z tworzywa.
Małe porcje odczynników dodaje się stosu-
jąc plastikowe pipetki. Większe otwory
w płytce służą między innymi do przepro-
wadzania reakcji chemicznych, w wyniku
których wydziela się np. gaz, odprowadzany
zwykorzystaniem plastikowego koreczka
połączonego z polietylenową rurką. Ogrze-
wanie wykonuje się stosując mikropalnik
spirytusowy (Fot. 2), a do wykonania doś-
wiadczeń z elektrochemii służą odpowied-
nie elektrody (Fot. 2), z których jedna jest
przedstawiona na zdjęciu.
Technika SSC praktycznie nie jest stoso-
wana w nauczaniu chemii w Polsce.
W przypadku szkół wiąże się to najprawdo-
podobniej ze słabym jej rozpropagowa-
niem i brakiem odpowiednich funduszy
na zakupienie gotowych zestawów dla
uczniów. Kolejną trudną do przezwycięże-
nia zaporą jest całkowicie błędne przeko-
nanie wielu nauczycieli, że szkolne doś-
wiadczenia chemiczne należy wykonywać
z udziałem takiego samego wyposażenia
jak w laboratorium chemicznym i tych sa-
mych technik. Zapomina się przy tym, że
chemia w wydaniu szkolnym jest przede
wszystkim nauką o materii i jej przemia-
nach i w tym zakresie podstawowym obo-
wiązkiem uczącego jest zapoznawanie do-
świadczalne uczniów z różnorodnymi
podstawowymi reakcjami chemicznymi.
Fot. 1.
Fot. 2.
Fot. 3.
12
Chemia w Szkole
Metodyka i praktyka szkolna
Pracownia Dydaktyki Chemii Wydziału
Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika
wToruniu zainteresowała się techniką che-
mii w małej skali (technika SSC), widząc jej
niewątpliwe zalety i możliwości wykorzysta-
nia w nauczaniu chemii w Polsce na różnych
poziomach. Zaczęła ją wprowadzać jako je-
den z elementów przygotowywania studen-
tów do przyszłej pracy w zawodzie nauczy-
cielskim i doskonalenia nauczycieli na
kursach i studiach podyplomowych. Opraco-
wano i przetestowano
spójny system wypo-
sażenia i szkła
umożliwiający wykonanie
wielu doświadczeń z chemii w małej skali
na różnych poziomach kształcenia.
Do najistotniejszych cech opracowane-
go systemu należą między innymi:
nawiązanie do klasycznych rozwiązań,
do których przyzwyczajeni są nauczycie-
le i uczniowie, np. poprzez przeprowa-
dzanie większości reakcji chemicznych
wnaczyniach szklanych;
Do elementów możliwych do kupienia
iskompletowania należą, między innymi:
probówki szklane o dł. 8 cm i śr. 14 mm,
płytki mikrotestowe, szalki Petriego o śr.
6cm,pipety Pasteura z PE, korki gumowe
Fot. 4.
eksperymenty w większości przypadków
wykonują uczniowie samodzielnie lub
wparach;
uproszczenie wielu eksperymentów che-
micznych, szczególnie szkolnych;
wykorzystanie w znacznej skali drob-
nych przedmiotów użytku codziennego;
możliwość skompletowania potrzebne-
go szkła i wyposażenia na polskim ryn-
ku i w polskich firmach, małym nakła-
dem sił i środków.
Do grupy przedmiotów codziennego
użytku wykorzystywanych w opracowanym
systemie należą między innymi:
słomki
do napojów, podgrzewacze, wężyki do kro-
plówek, małe strzykawki, buteleczki po peni-
cylinie, patyczki do szaszłyków, wykałaczki,
grafitowe wkłady do ołówków automatycz-
nych, gumki recepturki, klamerki do bieli-
zny, małe łyżeczki plastikowe, plastikowe
mieszadełka do napojów, kapsle metalowe
od butelek, kuchenna folia aluminiowa, wa-
ta, sączki do kawy, plastikowe pojemniki
po śmietance, sznurowadła, bateryjki i ich
elementy, pojedyncze kartki białego i czarne-
go papieru, świecące diody, przewody.
Fot. 5.
Fot. 6.
1/2008
13
Metodyka i praktyka szkolna
o średnicy 14 mm, małe statywy do probó-
wek, łapki drewniane do probówek, kroplo-
mierze LPDE o poj. 10 cm
3
, pudełeczka
z PP na próby o poj. 25 cm
3
, małe pęsety, ło-
patki dentystyczne. Niektóre z przedmiotów
codziennego użytku i elementy wyposażenia
wchodzące w skład opracowanego systemu
zostały przedstawione na fotografiach 4–6.
Wybrane podstawowe szkolne operacje
laboratoryjne, możliwe do wykonania dzię-
ki zastosowaniu przedstawionych wyżej ele-
mentów, można pogrupować następująco:
stanowią elementy, za pomocą których
można konstruować różnego rodzaju ze-
stawy laboratoryjne (Fot. 6).
Wykorzystując wymienione wyżej ele-
menty Pracownia Dydaktyki Chemii zapro-
ponowała podstawowy szkolny zestaw
uczniowski do chemii w małej skali, który
testuje na zajęciach dydaktycznych (Fot. 7).
Eksperymenty chemiczne wykonywane
w probówkach, na szalkach Petriego lub
na płytkach mikrotestowych, w zależno-
ści od rodzaju doświadczenia.
Obserwacje, szczególnie w przypadku
płytek mikrotestowych, poczynione
na tle białej lub czarnej odpowiednio
przyciętej kartki papieru.
Ogrzewanie z zastosowaniem mikropal-
nika spirytusowego, wykonanego z bute-
leczki po penicylinie, korka z otworem,
rurki szklanej, sznurowadła i denaturatu
lub z zastosowaniem podgrzewacza.
Dozowanie rozcieńczonych roztworów
za pomocą pipet polietylenowych Pa-
steura, kroplomierzy, małych strzyka-
wek lub słomek do napojów.
Dozowanie z zastosowaniem łopatki
dentystycznej lub małej łyżeczki plasti-
kowej; porcjowane odczynniki stałe
przechowuje się w pudełeczkach z poli-
propylenu na próby.
Mieszanie roztworów wykonuje się po-
ruszając probówką, a do mieszania sub-
stancji stałych oraz ciekłych i stałych stosu-
je się wykałaczki, patyczki od szaszłyków
lub plastikowe mieszadełka do napojów.
Nasadki na probówki służące do odpro-
wadzania gazów i par konstruuje się z kor-
ków z otworem, do których wprowadza się
odpowiednio przycięte elementy polietyle-
nowych pipet Pasteura, połączone następ-
nie z wężykami do kroplówek lub słomka-
mi od napojów (Fot. 6).
Odpowiednio przycięte pipety Pasteura
łączone ze sobą, ze strzykawkami czy słom-
kami od napojów i wężykami od kroplówek
Fot. 7.
Jedynym nowym elementem w stosunku
do wymienionych wyżej jest statyw do pro-
bówek wykonany z białego spienionego
PCV przez warsztaty Wydziału Chemii
UMK i odczynniki. Możliwy jest on do za-
stąpienia przez jakikolwiek inny statyw
na probówki.
Zadanie, które stawia sobie Pracownia
Dydaktyki Chemii Wydziału Chemii
UMK, to upowszechnienie techniki SSC
wśród nauczycieli chemii na różnych pozio-
mach kształcenia. Pierwsze próby zostały
podjęte 8 września ubiegłego roku, kiedy
to po raz pierwszy odbyły się warsztaty che-
mii w małej skali dla nauczycieli w ramach
XIV Zjazdu Polskiego Stowarzyszenia Na-
uczycieli Przedmiotów Przyrodniczych.
Poniżej przedstawiono kilka doświad-
czeń możliwych do wykonania techniką
SSC. Opis doświadczeń nie jest pełny, gdyż
nie zawiera wszystkich obserwacji korespon-
dujących z celami doświadczeń, wniosków
oraz zasad BHP. Opis doświadczeń został
wzbogacony fotografiami używanych zesta-
wów i efektów niektórych doświadczeń.
14
Chemia w Szkole
Metodyka i praktyka szkolna
Doświadczenie 1.
Możliwe cele doświadczenia:
zapoznanie
ze szkolną metodą otrzymywania tlenu; za-
poznanie z właściwościami tlenu; wprowa-
dzenie analizy jako typu reakcji; wprowa-
dzenie pojęcia reakcji utleniania redukcji;
zapoznanie z właściwościami mangania-
nu(VII) potasu.
Tytuł:
Ogrzewanie manganianu(VII)
potasu.
Sprzęt i odczynniki:
manganian(VII)
potasu, probówka, patyczek od szaszłyków,
podgrzewacz, klamerka lub drewniana łap-
ka do probówek, statyw na probówki.
Wykonanie
(Fot. 8): Do probówki nasy-
pujemy niewielką ilość (dwie łopatki denty-
styczne, zawartość małej łyżeczki plastiko-
wej) manganianu(VII) potasu. Probówkę
umieszczamy w łapce drewnianej lub
na statywie, przytrzymujemy klamerką
iogrzewamy w płomieniu podgrzewacza.
Po usłyszeniu lekkich trzasków wprowa-
dzamy do probówki tlący się patyczek. Ob-
serwujemy probówkę.
Obserwacje
(Fot. 9): Tlące się łuczywo
zapaliło się.
Doświadczenie 2.
Możliwe cele doświadczenia:
zapoznanie
z działaniem proszku do pieczenia; wprowa-
dzenie pojęcia reakcji rozkładu (analizy);
zapoznanie z właściwościami wodorowęgla-
nów; zapoznanie z wykrywaniem dwutlenku
węgla; zapoznanie ze szkolną metodą otrzy-
mywania czystego ditlenku węgla.
Sprzęt i odczynniki:
wodorowęglan sodu
(soda oczyszczona), dwie probówki, nasad-
ka wykonana z korka z otworem, fragmen-
tu pipety PE Pasteura i słomki do napojów,
podgrzewacz, klamerka lub drewniana łap-
ka do probówek, statyw.
Wykonanie
(Fot. 10): Do probówki na-
sypujemy niewielką ilość (zawartość małej
łyżeczki plastikowej) wodorowęglanu sodu
(sody oczyszczonej). Probówkę zatykamy
nasadką wykonaną z korka i fragmentu pi-
pety Pasteura, połączoną ze słomką do na-
pojów. W osobnej probówce umieszczamy
wodę wapienną. Podgrzewamy probówkę
zsodą oczyszczoną, zanurzając koniec
słomki w wodzie wapiennej. Obserwujemy
zawartość obu probówek.
Fot. 8.
Fot. 9.
Fot. 10.
1/2008
15
[ Pobierz całość w formacie PDF ]