''Chemia w małej skali w praktyce szkolnej'' (''Chemia w Szkole'' 1-2008 r.).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

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.

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

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.

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: