Spectacol cu experimente în ciclul primar Teach article

Tradus de: Komives Şoimiţa, Şcoala „Nicolae Titulescu” Cluj-Napoca Romania. Prinde-i cât sunt mici! Alex Griffin, Tim Harrison şi Dudley Shallcross de la Universitatea din Bristol, UK, ne arată cât de important e să îi faci pe copii să fie interesaţi de ştiinţă – şi cât te…

Pentru imagine, mulţumim
Bristol ChemLabS

Alex era în ultimul ei an de doctorat în chimie ….

“Eram destul de stresată: nu îmi terminasem lucrarea de laborator şi deja nu mai aveam prea mult timp la dispoziţie. Aveam o disertaţie de un milion de pagini de scris şi nici bani nu mai aveam prea mulţi. ‘Şi cum te eliberezi de această tensiune?’ mă întrebaţi. Ei bine, mă deconectez încercând să ‘întind o mână către ceilalţi’.

Nu este vorba despre nicio tehnică new-age de relaxare prin tehnică ci despre Bristol ChemLabSw1 un program desfăşurat de Catedra de Chimiea Universităţii din Bristol cu scopul de a aduce ştiinţa, în special chimia, mai aproape de mase. Dorim să spulberăm o serie de mituri care circulă în legătură cu ştiinţa, şi care spun că aceasta ar fi plictisitoare, ternă, periculoasă şi/sau distructivă. Dorim de asemenea ca marele public să vadă cu ce anume ne ocupăm noi de fapt. Iar una dintre activităţile pe care le organizăm e vizitarea de şcoli primare.

Acţiunea începe prin încărcarea echipamentului, inclusiv a baloanelor umplute cu hidrogen şi heliu, în maşina lui Tim Harrison – o maşină mare, din fericire. Ajungând la şcoală, despachetăm şi ne instalăm în holul şcolii pentru a face o demonstraţie completă. Copiii (între 4 şi 11 ani) încep să sosească, uitându-se la noi cu uimire şi cu o anticipaţie plină de entuziasm. De îndată ce se liniştesc un pic, şi după ce instalăm nişte panouri transparente de protecţie în faţa primelor rânduri – nu din necesitate, ci mai degrabă dorind să obţinem un anumit efect – Tim începe. Întâi le testează cunoştinţele întrebându-i din ce gaze e compus aerul. Apoi îi uimeşte cu experimentele cu nitrogen lichid, îi lasă cu gura căscată prin seria reacţiilor colorate, îi face să chicotească cu fântâna de bule (slavă Domnului că există substanţele de curăţare) şi termină în forţă, făcând să explodeze baloanele cu hidrogen cu ajutorul unei flăcări. Desigur, publicul reacţionează vehement în această secţiune a programului. Copiii aplaudă la vederea mingii de foc, atunci când  balonul cu hidrogen este aprins, şi îşi manifestă puternic dezaprobarea faţă de plictisitorul şi inertul balon de heliu care nu face altceva decât să pocnească! Pentru o vreme, entuziasmul ia o pauză. Noi curăţăm zona, în timp ce Tim este asaltat de întrebările copiilor şi profesorilor. De-abia avem timp pentru o ceaşcă de ceai, şi spectacolul merge mai departe….

Pentru clasele cu copii de 9-11 ani, avem o serie de trei experimente la care copiii participă pe rând, în mai multe grupe, astfel încât toţi să poată să ia parte la toate trei. Eu îi îmbrac pe copii în costume de laborator croite pe măsura lor, îi echipez cu ochelari de protecţie şi mănuşi de plastic (pur şi simplu adoră să se costumeze astfel!) îi împart în echipe şi îi pun să dizolve panglici de magneziu în diferite concentraţii de acid clorhidric. Ei măsoară timpul necesar ca metalul să se dizolve, apoi colectează gazul şi îl aprind astfel încât să facă ‘poc’. Celelalte experimente implică confecţionarea unui polimer colorat – cunoscut sub numele de slime(un fel de plastelină vâscoasă) – şi reacţia iodurii contra cronometru (vezi mai jos). Nici profesorii nu scapă prea uşor: îi costumăm şi pe ei în haine de laborator şi îi punem să ia parte la toate experimentele. Mă surprinde întotdeauna cât de siguri pe ei şi de curioşi sunt copiii mereu. Uneori trebuie să mă gândesc destul de mult înainte de a răspunde întrebărilor lor.

Scopul acestor activităţi este să ne distrăm învăţând câte ceva despre chimie, dar introducem şi un element de competiţie. Echipa care face dovada celei mai mari precizii în experimentul iodurii contra cronometru câştigă un mouse-pad sau o cană inscipţionată cu tabelul periodic Bristol ChemLab!

Epuizaţi, dar în continuare plini de energie, împachetăm, ne întoarcem la Universitate şi descărcăm echipamentele din maşină. Ce mijloc bun de relaxare!”

Colaborarea dintre şcoala primară şi Universitate: o situaţie win-win?

Pentru imagine, mulţumim
Bristol ChemLabS

Departamentele de ştiinţe aplicate ale Universităţilor dispun de resurse pe care şcolile primare le-ar putea utiliza, cu câteva modificări minore. Deşi există întotdeauna o investiţie de timp şi bani care trebuie făcută atunci când se doreşte stabilirea unei legături între Universitate şi câteva şcoli primare locale, noi considerăm că această colaborare ar aduce beneficii ambelor părţi. Absolvenţii de studii post-universitare sau chiar cei cu grade academice ar avea ocazia să planifice şi să efectueze activităţi prin care să apropie publicul larg de ştiinţă. Elevii din şcolile primare ar fi astfel familiarizaţi cu noile resurse şi ar avea noi modele de urmat, ceea ce ar aduce nenumărate beneficii atât profesorilor cât şi elevilor. Într-adevăr, după cum am constatat şi noi din propria noastră experienţă, există un triplu beneficiu dacă atelierele se desfăşoară în şcolile secundare locale în prezenţa elevilor din şcoala primară, cu participarea personalului şi echipamentelor tehnice de la Universitate şi a elevilor mai mari din şcoala respectivă.

“Elevii au continuat să vorbească despre demonstraţia lor preferată (în special cea în care apărea spuma lichidă) încă mult timp după evenimentul demonstrativ. Erau absolut entuziasmaţi şi în mod evident uimiţi de ceea ce văzuseră atunci. Chiar şi copiii mici care au plâns [din cauza unei mici explozii – intenţionate] au spus că a fost grozav.”

[Tim] a făcut nişte experimente în care a folosit dioxid de carbon şi nitrogen lichid, ouă, flori, mănuşi, tuburi de cauciuc, etc., care i-au impresionat în doar o jumătate de oră pe toţi cei … 240 copii – inclusiv pe cei care spuneau că “nu e cool să înveţi”! Iar noi tocmai ne schimbăm curricula, astfel încât să includă mai multe activităţi de acest tip . Şcolile au nevoie de mai multe evenimente de genul acesta. A fost extraordinar să îi vedem pe copii atât de motivaţi”.
Doi profesori

“Nu ştiam că gazele pot să îngheţe.”
“ Vreau să mă fac om de ştiinţă când o să cresc mare.”
Elevi (7-8 ani)

“Mă aşteptam ca elevii să fie atât de emoţionaţi, încât să nici nu mai respire la vederea atâtor culori frumoase, a gazelor, fumului, şi a exploziilor puternice pe care Tim le-a produs în şcoală, dar reacţia lor la experimentele din clasă m-a impresionat cel mai mult. Deşi erau în mod evident în culmea încântării, s-au comportat exemplar, şcoala ar trebui să fie mândră de ei. În plus, spre sfârşitul ultimei sesiuni de 30 de minute, fiecare echipă de câte doi copii din grupul meu a fost în stare să anticipeze la secundă o reacţie contra cronometru destul de complicată! Din punctul de vedere al copiilor, am reuşit cu prisosinţă să facem ştiinţa să arate ‘cool’!”
Un student masterand în chimie, după ce a participat pentru prima dată la un atelier

Echipament necesar

Echipamentul Bristol ChemLabS utilizat în atelierele din şcolile primare include:

  • 60 halate de laborator – mărime mică, pentru copii şi pentru adulţi: mărimile S şi M
  • 50 perechi  de ochelari de protecţie pentru adulţi şi copii
  • 400 perechi  de mănuşi de unică folosinţă, în diferite mărimi
  • Baloane Erlenmeyer de plastic, cilindri de măsurat, spatule de amestecat
  • 250 pahare de plastic (care nu se pot sparge) de unică folosinţă
  • Cronometre
  • Instrucţiuni pe foi de plastic, laminate (ştergeţi pentru a curăţa)
  • Eprubete din sticlă şi stative
  • Arzător Bunsen mobil (alimentat cu butan), cârpe şi chibrituri
  • Mai multe role de hârtie
  • Saci mari de gunoi
  • Ceainice electrice
  • Sticlă cu soluţie de curăţat ochii

Echipamentele, cutiile de depozitare, chimicalele şi celelalte consumabile utilizate în ziua respectivă au costat în jur de UK£4000, inclusiv echipamentul pentru prezentarea de dimineaţa, la care a asistat întreaga şcoală.

 

detalii practice pentru atelierele de chimie

O clasă obişnuită (în care să se găsească şi o chiuvetă) poate fi convertită cu uşurinţă într-un laborator temporar. Deşi noi putem oferi o paletă mai largă de experimente, cele mai îndrăgite sunt cele care urmăresc îmbunătăţirea abilităţilor de măsurare, de investigaţie şi de colaborare, precum şi conştientizarea de către copii a siguranţei în efectuarea de experimente chimice. Aceste experimente sunt descrise mai jos.

Numeroşi profesori de gimnaziu recunosc utilitatea experimentelor, dar scopul organizării acestora în şcolile primare nu este de a-i face pe elevi să producă ulterior lucrări scrise. Ei pot să facă acest lucru mai târziu, împreună cu profesorii lor, dar cea mai importantă idee este de a le arăta elevilor cât de palpitantă şi distractivă poate fi ştiinţa.

Note: Toate substanţele chimice utilizate trebuie să fie supuse unei evaluări a riscului de către cei care efectuează experimentele, iar condiţiile locale trebuie luate în considerare. Profesorilor de la şcolile primare care nu au o specializare în chimie ar putea să li se pară o idee mai bună să fie îndrumaţi de colegii lor care predau în gimnaziile din localitate.

Investigarea proprietăţilor plastilinei vâscoase “slime” şi ale substanţei polimorfe

Plastilina “Slime” se obţine prin amestecarea soluţiei de borax cu soluţie de alcool polivinil (PVA), apoi se adaugă câteva picături de coloranţi alimentari. Schimbarea cantităţii de borax modifică proprietăţile fizice ale slime. Acest experiment (destul de scârbos) e foarte popular în rândul copiilor.

Polimorful termoplastic care poate fi modelat a o temperatură destul de mică: 62°C.

Materiale

Pentru două clase de 35 elevi care lucrează în perechi, veţi avea nevoie de 3 l de soluţie de PVA şi 2 l de soluţie de borax.

Pentru a obţine 1 l de soluţie de PVA:

  1. Luaţi 40 g de alcool polivinil şi adăugaţi apă până obţineţi un volum total de 1 l.
  2. Amestecaţi, încălzind de la 40º la 90ºC în apă (timp de 1 h). Pentru a grăbi procesul, acoperiţi balonul cu o folie metalică pentru a menţine căldura.

Pentru a obţine 1 l de soluţie de borax de 4%:

  1. Luaţi 40 g de borax şi adăugaţi apă până obţineţi un volum total de 1 l.
  2. Amestecaţi.

Atenţie: Borax-ul se mai numeşte borat de sodiu sau tetraborat de sodiu, şi este utilizat la scară largă în detergenţi, agenţi de dedurizare a apei, săpunuri şi detergenţi.

Polimorful se poate achiziţiona de la Universitatea din Middlesex, UKw3 şi costă aprox. €30/kg. Puneţi deoparte cam 4-5 g per elev (în tuburi individuale).

Metoda

Elevii trebuie să:

  1. Toarne soluţia de PVA într-un strat cu o grosime de 1 cm într-o balon de plastic care apoi va fi aruncat (de obicei, baloanele pe care le folosim sunt gradate corespunzător: soluţia de PVA e prea vâscoasă ca să poată fi utilizat un cilindru de măsurat).
  2. Opţional: să adauge 3-5 picături de coloranţi alimentari şi să amestece.
  3. Să adauge o cantitate de borax măsurată cu atenţie şi să amestece
    Iniţial, spuneţi fiecărei perechi de elevi să utilizeze o cantitate fixă de borax – între 4 şi 10 ml.
  4. Folosind mănuşile, să extragă plastilina “slime”substanţa vâscoasă şi să investigheze proprietăţile sale tactile întinzând-o.

Familiarizaţi-i pe elevi cu polimorful termoplastic. Acesta se găseşte sub forma unor granule fără culoare care, atunci când sunt puse în apă fierbinte (peste 62oC), pot fi modelate în tot felul de forme interesante: peşte, pasăre sau – pentru cei cu mai puţină imaginaţie – mingi. Mingile confecţionate din acest material sar altfel dacă polimerul este călduţ..The iodine clock experiment

Experimentul iodurii contra cronometru

Prin acest experiment copiii examinează procesul de diluare şi învaţă să măsoare volumele cu mare precizie, precum şi să determine reacţia chimică să îşi schimbe culoarea după exact 30 secunde. Noi organizăm această activitate ca o competiţie, ceea ce face ca totul să fie mai palpitant.

În experiment se utilizează două soluţii, numite mai departe soluţia A şi soluţia B (vezi mai jos). Suntem foarte atenţi să nu se confunde cu numele substanţelor chimice utilizate. Elevii au la dispoziţie trei baloane Erlenmeyer umplute pe jumătate cu soluţia A, soluţia B şi apă (W), precum şi cilindri gradaţi corespunzător pentru a evita contaminarea.

Materiale

Pentru două clase a 35 de elevi, veţi avea nevoie de 4 l din fiecare soluţie.

Pentru a produce 4 l din soluţia A, amestecaţi următoarele substanţe chimice şi adăugaţi apă până când volumul total e de 4 l:

  • 0.2 g amidon solubil
  • 30 ml acid etanoic (acid acetic)
  • 4.1 g etanoat de sodiu (acetat)
  • 50 g iodură de potasiu
  • 9.4 g tiosulfat de sodiu

Pentru a produce 4 l din soluţia B, se iau 200 ml (30%, descris de asemenea ca 100 Vol) de peroxid de hidrogen adăugaţi apă până când volumul total e de 4 l.

Metoda

Asiguraţi-vă de faptul că fiecare pereche de câte 2 elevi are echipamentul corespunzător şi că sunt capabili să lucreze cu un cronometru, apoi demonstraţi reacţia fără diluare. Amestecaţi 15 ml din soluţia A cu 15 ml din soluţia B. Amestecul se va colora în negru după câteva secunde.

Discutaţi despre ce se întâmplă dacă adăugaţi apă în amestec. Utilizaţi termeni ca ‘mai puţin concentrat şi ‘mai diluat’ în explicaţie, pentru a le da elevilor un model mental din care să înţeleagă ce se întâmplă. Daţi toate instrucţiunile verbal pentru a maximiza timpul petrecut cu punerea în practică.

Daţi-le copiilor sarcina (provocarea) de a face amestecul să ia culoarea neagră la un anumit moment determinat– stabiliţi un moment între 30 şi 60 secunde. Daţi fiecărei perechi de copii un timp diferit de rezolvare a sarcinii.

Deşi experimentul nu e un test prea rezonabil, întrucât atât volumul cât şi concentraţia amestecului se modifică, reuşeşte să îi captiveze pe copii şi să îi obişnuiască cu exerciţiul efectuării de măsurători, al investigării şi al înţelegerii modului în care trebuie să lucreze în echipă. Dacă e necesar, puteţi oferi un premiu celei mai bune dintre echipe.

Experimentul poate fi mai complex pentru elevii de gimnaziu, de exemplu insistându-se ca soluţia B să fie diluată astfel încât de fiecare dată să fie folosit acelaşi volum de soluţie B– ceea ce este, desigur, mai relevant din punct de vedere ştiinţific. După efectuarea experimentului, turnaţi cu grijă soluţia de iodură care a rezultat în chiuvetă şi curăţaţi-o bine. Spălaţi şi reutilizaţi baloanele Erlenmeyer. Dacă nu aveţi la dispoziţie o chiuvetă, aruncaţi soluţia într-o găleată (conţinând cristale de tiosulfat de sodiu care să reacţioneze cu iodura) şi aruncaţi soluţia la toaletă, din când în când.

Diluarea acidului

Elevii se distrează investigând efectele diluării unui acid în urma reacţiei sale cu magneziul, în special datorită faptului că pot să colecteze hidrogenul şi să îi dea foc la sfârşit (le place zgomotul puternic rezultat).

Materiale

  • Panglică de magneziu tăiată în fâşii de 2 cm. Fiecare student va avea nevoie de 5 bucăţi.
  • Aproximativ 2l din fiecare din cele 4 concentraţii de acid clorhidric (HCl), vezi mai jos.
Tabel 1: Concentraţii de acid clorhidric
Concentraţie  aproximativă (molar, M) Volum 11 M acid clorhidric (ml) Volum apă  (l)
2.0 364 2
1.5 273 2
0.1 182 2
0.5 91 2

Metoda

Elevii trebuie să:

  1. Măsoare 10 ml dintr-una din soluţiile de acid şi să le pună într-o eprubetă.
  2. Adăugaţi o bucată de magneziu, porniţi cronometrul şi opriţi-l cans se opreşte sfârâitul.
  3. Faceţi un tabel cu rezultatele lor şi convertiţii timpii în secunde.
  4. Spre finalul experimentului, utilizaţi a cincea bucată de magneziu şi atrageţi gazul de hidrogen eliberat într-o a doua eprubetă, apoi utilizaţi aşchie de lemn pentru a da foc gazului în deplină siguranţă.
  5. Comparaţi rezultatele experimentului lor cu explozia baloanelor de hidrogen în holul şcolii.

Atunci când se efectuează experimentul, coordonatorul le arată elevilor cum să dea foc gazului şi îi supraveghează cu multă grijă în timp ce ei fac acest lucru singuri.


Web References

Resources

  • Detalii privind câteva din activităţile Bristol ChemLabS în şcolile gimnaziale sunt descrise în:Harrison T, Shallcross D (2006) Chimia parfumurilor, atracţie sexuală şi baloane care explodează: activităţi ale Universităţii în şcoli. Science in School 3: 48-51. www.scienceinschool.org/2006/issue3/perfume

Author(s)

Alex Griffen e în prezent asociat pentru cercetări postdoctorale la Synchrotron Radiation Source, UK.

Tim Harrison este membru al echipei academice a Bristol ChemLabS School.

Dudley Shallcross este profesor de chimie atmosferică la Universitatea din Bristol şi director al programelor pentru public ale Bristol ChemLabS.


Review

Acest articol descrie vizite făcute de studenţi ai Universităţii la şcolile primare pentru a efectua experimente chimice, pentru a-i motive pe elevi, a-i inspira şi a-i face să fie interesaţi de chimie, şi pentru a le trezi entuziasmul, şi bucuria.

Există descrieri detaliate ale experimentelor care ar putea fi utilizate chiar de către profesori care nu au o experienţă vastă în chimie sau nu au acces la un laborator. Eu voi face cu siguranţă  experimentul cu iodură contra cronometru cu elevii mei la ora de chimie.


Sølve Tegnér Stenmark, Norvegia




License

CC-BY-NC-SA