LeSa21: ćwiczenia z przyrody dla szkoły podstawowej Teach article

Tłumaczenie Paulina Zastryżna. Nauczanie przyrody w szkole podstawowej może stanowić nie lada wyzwanie. Astrid Kaiser i Marlene Rau opisują bogate źródło materiałów dostępnych online, opublikowanych w trzech językach oraz zwracają uwagę na kilka ćwiczeń z wykorzystaniem wody i…

W 2002 roku Astrid Kaiser z Uniwersytetu Oldenburg (University of Oldenburg) w Niemczech wystartowała ze stroną internetową LeSa21^w1, na której zamieszczono wiele propozycji eksperymentów, materiałów do nauki oraz informacji dotyczących lekcji przyrody i przedmiotów humanistycznych na poziomie szkoły podstawowej. Materiały dydaktyczne, zarówno dla nauczycieli jak i uczniów, dostępne są w wielu zakresach tematycznych (obecnie 93), np. „Oko”, „rowery”, „sprężyna”, „zdrowie i choroby”, „dziewczęta i chłopcy”, „planety, Księżyc i gwiazdy”, „elektryczność”, „woda” i wiele innych. Materiały te są w dużej mierze opracowywane przez studentów uniwersyteckich, którzy zamierzają zostać nauczycielami w szkołach podstawowych.

Dział „Learning” („nauka”), dostępny w języku angielskim, niemieckim i hiszpańskim, dostosowany jest do potrzeb uczniów i nauczycieli. Dział ten zawiera eksperymenty, opowiadania, wiersze, ilustracje, polecane lektury oraz linki do stron pokrewnych tematycznie.

Strony dla nauczycieli (dostępne tylko w języku niemieckim) zawierają dodatkowe informacje, wskazówki dydaktyczne, literaturę oraz linki do stron inernetowych, dzięki którym nauczyciele mają dostęp do innych ważnych informacji i materiałów dotyczących poszczególnych tematów. Uczniowie z sześciu szkół, które zaangażowały się w ten projekt, w dalszym ciągu przyczyniają się do rozwoju działu w języku niemieckim. W działach tych mogą podzielić się swoimi własnymi eksperymentami czy pomysłami związanymi z danym tematem oraz dyskutować o wyborze tematów za pośrednictwem internetowego forum.

Poniżej zamieszczone zostały wybrane ćwiczenia z projektu LeSa21, które mogą zostać wykorzystane w trakcie lekcji dotyczących wody i oleju, np. napięcie powierzchniowe czy usuwanie plam ropy. Ćwiczenia te dostosowane są do starszych uczniów szkół podstawowych. Na stronie LeSa21^w1 można znaleźć poszczególne eksperymenty, a także dodatkowe materiały na ich temat.

Mydło i jego magiczne właściwości – napięcie powierzchniowe.

Eksperyment zapoznaje uczniów z pojęciem „napięcie powierzchniowe”.

Potrzebne materiały

• Dwie miski na wodę
• Mielony pieprz
• Szpilka
• Łyżka (wielkość nieistotna)
• Mydło w płynie lub płyn do mycia naczyń

Wykonanie

1. Obydwie miski napełnij wodą do połowy ich wysokości.
2. Posyp powierzchnię wody w pierwszej misce łyżką pieprzu. Przyglądaj się dokładnie temu, co się dzieje w trakcie wykonywania tej czynności.
3. Na powierzchni wody w drugiej misce umieść szpilkę.
4. Do każdej miski dodaj kroplę mydła.
5. Co obserwujemy? Przedstaw swoje obserwacje za pomocą rysunku.

Co obserwujemy?

Początkowo zarówno pieprz jak i szpilka unoszą się na powierzchni wody. Spowodowane jest to tym, że obydwa obiekty są bardzo lekkie; oraz tym, że na powierzchni wody jest swego rodzaju cienka, „niewidoczna” powłoka. Lekkie przedmioty nie przerywają tej powłoki, ale są przez nią podtrzymywane – niektóre zwierzęta, jak np. nartniki, mogą nawet poruszać się po tej powierzchni (zdjęcie powyżej). Powierzchnia ta wywoływana jest przez napięcie powierzchniowe.

Po dodaniu kropli mydła pieprz prawdopodobnie się od niej odsunął i powoli opadł na dno. Szpilka zatopiła się od razu.

Dlaczego tak się dzieje? Mydło przerywa powierzchnię wody, albo inaczej mówiąc zmniejsza napięcie powierzchniowe wody. Po zniknięciu tej powierzchni nic już nie podtrzymuje pieprzu ani szpilki i dlatego opadają one na dno. Pomimo iż sprawiają takie wrażenie, pieprz i mydło nie odpychają się nawzajem – napięcie pozostałej wody (do której mydło jeszcze nie dotarło) oddziela pieprz unoszący się na powierzchni od mydła.

Mydło i jego magiczne właściwości – mieszanie wody i oleju

Potrzebne materiały

• Dwie szklanki
• Woda
• Barwnik do żywności lub tusz
• Łyżka (wielkość nieistotna)
• Olej
• Mydło w płynie lub płyn do mycia naczyń

Wykonanie

1. Napełnij szklanki wodą do połowy ich wysokości.
2. Do jednej ze szklanek dodaj barwnik do żywności lub tusz i zamieszaj łyżką. Odstaw na chwilę, aż woda się uspokoi.
3. Do każdej ze szklanek dodaj łyżkę oleju i obserwuj rezultat.
4. Do każdej ze szklanek dodaj 1-2 krople mydła i wymieszaj.
5. Jak Ci się wydaje? Jaki będzie rezultat? Przyjrzyj się dokładnie i zilustruj swoje obserwacje.

Co obserwujemy?

Zazwyczaj woda nie łączy się dobrze z olejem. Powodem tego jest fakt, że cząsteczki wody tworzą między sobą wiązania wodorowe, a także wiążą się z innymi cząsteczkami hydrofilowymi („lubiącymi wodę”). Nie tworzą jednak takich wiązań z cząsteczkami hydrofobowymi („bojącymi się wody”), podobnymi do oleju. Poza tym olej jest lżejszy od wody; ma mniejszą gęstość więc jeśli będziemy próbowali wymieszać go z wodą, olej utworzy warstwę na jej powierzchni. Po dodaniu mydła i zamieszaniu można połączyć wodę z olejem. Jeżeli odstawimy tę miksturę na jakiś czas, woda i olej znów się rozdzielą.

Dlaczego tak się dzieje? Zawarte w mydle specjalne składniki, nazywane środkami powierzchniowo czynnymi, zmniejszają napięcie powierzchniowe wody i powodują, że można połączyć wodę z olejem. Z tego powodu mydło jest wspaniałym środkiem czyszczącym: wraz z wodą wymywa zarówno brud, który rozpuszcza się w wodzie, jak i brud oleisty.

Cząsteczki środków powierzchniowo czynnych mają dwie różne końcówki, tak jak przedstawiono to na diagramie z lewej strony. Jedna końcówka (główka) jest hydrofilowa; druga końcówka (ogonek) jest hydrofobiczna. Mydło zawiera wiele cząsteczek powierzchniowo czynnych, a każda z nich łączy się jedną końcówką z wodą, a druga końcówką z olejem. W ten sposób sprawiają, że można połączyć wodę z olejem, ale też wiążą oleisty brud.

Po krótkiej chwili woda i olej ponownie się rozdzielają, ponieważ wiązania pomiędzy cząsteczkami wody są bardziej stabilne niż wiązania pomiędzy cząsteczkami środka powierzchniowo czynnego i oleju lub wody.

Wyciek ropy naftowej

W kwietniu 2010 roku doszło do wybuchu na platformie wiertniczej Deepwater Horizon w Zatoce Meksykańskiej. Wybuch ten spowodował katastrofalny w skutkach wyciek ropy do oceanu. Szacuje się, że w chwili publikacji tego artykułu, od kilku miesięcy do oceanu wycieka dziennie 5000 -100 000 baryłek ropy. Plama ropy sięga do południowych wybrzeży USA. Dotychczasowe próby usunięcia plamy ropy polegały na jej spalaniu na powierzchni wody oraz wykorzystywaniu chemicznych i mechanicznych środków wiążących.

Do podobnych przypadków doszło także w Europie: jesienią 2002 roku, wypadkowi w pobliżu wybrzeży Hiszpanii uległ tankowiec Prestige i zatonął. Do morza wylało się wówczas około 63 000 ton ropy, a setki kilometrów północnych wybrzeży Hiszpanii i Francji uległo zanieczyszczeniu ropą. Zginęło wówczas wiele zwierząt: naliczono ponad 18 000 ptaków, które uległy skażeniu ropą. Przy sprzątaniu plaż pomagało wielu wolontariuszy, a specjalne statki próbowały zapobiec rozprzestrzenianiu się plamy ropy.

Przekonajmy się jaki wpływ ma ropa na pióra ptaków oraz jak możemy ropę usunąć z powierzchni wody.

Potrzebne materiały

• Kilka dużych szklanek lub misek porcelanowych
• Woda
• Olej roślinny
• Pióra
• Łyżka
• Papierowy filtr do kawy
• A Rurka do napojów
• Drewniane wykałaczki
• Drobne trociny
• Strużyny drewna
• Koci żwirek
• Piasek
• Proszek wiążący / absorbujący olej (wykorzystywany przy wyciekach ropy, można go kupić w internecie lub w dobrze zaopatrzonych sklepach z farbami lub z chemią

Wykonanie

1. Do miski wlej trochę oleju i wrzuć pióra.

Zwróć uwage na to, jak pióra się ze sobą sklejają i wyobraź sobie, jaki wpływ na ptaki i inne zwierzęta miałaby ropa po dotarciu do brzegu.

W jaki sposób można usunąć plamy ropy na otwartej wodzie, tak aby zapobiec ich dotarciu do wybrzeży?

Wypróbujemy różne metody usuwania ropy z wody. Podziel uczniów na grupy tak, aby każda grupa wypróbowała inna metodę lub sam rób eksperymenty w ten sposób, aby cała klasa mogła je obserwować.

2. Weź nową miskę, napełnij ją wodą, dodaj trochę oleju i zamieszaj. Co obserwujemy?
3. Zbierz olej z powierzchni wody za pomocą łyżki

4. Zbierz olej z powierzchni wody za pomocą filtra do kawy.
5. Spróbuj utworzyć większe plamy oleju przesuwając go wykałaczkami.
6. Wymieszaj olej ze strużynami drewna. Spróbuj przybliżyć do siebie strużyny drewna nasiąkniete olejem.
7. Czy lepszy efekt daje użycie żwirku dla kota? Jeśli tak to dlaczego?
8. Użyj drobnych trocin do związania cząsteczek oleju (trociny będą sie unosić, ponieważ mają właściwości hydrofobiczne wobec oleju oraz mniejszą gęstość) i usuń je z wody za pomocą łyżki lub papierowego filtru do kawy.

9. Spróbuj obciążyć olej piaskiem w celu zatopienia oleju.
10. Wykorzystaj proszek wiążący / absorbujący do związania cząsteczek oleju, a następnie usuń proszek za pomocą łyżki.

Porównajcie i przedyskutujcie wyniki eksperymentów. Uczniowie powinni zauważyć, że najlepsze rezultaty osiąga się w wyniku połączenia metod (mechanicznych i chemicznych). Uczniowie mogą także zastanowić sie nad czynnikami wpływającymi na skuteczność każdej z metod, np. ilości użytego środka wiążącego. Powinni także zauważyć, że w wodzie zawsze pozostanie odrobina oleju; w środowisku naturalnym ekosystem usuwa pozostałości ropy wraz z upływem czasu.

Czy potrafisz wyobrazić sobie inne metody oczyszczania wody? Zaproponuj, aby dzieci same wymyśliły prawdziwe maszyny, usuwające plamy ropy. Wśród pomysłów może znaleźć się okrąg zrobiony z kociego żwirku, który powstrzyma rozprzestrzenianie się plamy ropy oraz mechaniczne czerparki, które usuną unoszącą się na powierzchni warstwę.

Pytania sprawdzające zrozumienie tematu

1. Co się stanie gdy do wody wlejemy olej?
   Odpowiedź: olej i woda nie łączą się – olej unosi się na powierzchni, tworząc opalizujące smugi i / lub krople tłuszczu.
2. W jaki sposób można oddzielić olej od wody?
   Odpowiedź: stosując kombinacje powyższych metod, jest to jednak trudne do wykonania.
3. Czy po eksperymencie woda jest czysta?
   Odpowiedź: nie, w wodzie zawsze pozostanie niewielka ilość oleju.
4. Co pozostaje w wodzie?
   Odpowiedź: olej, którego część jest zbita przy pomocy środka czyszczącego.

Podziękowania

Obydwa eksperymenty z serii „Mydło i jego magiczne właściwości” pochodzą z książki Chemie in der Grundschule (Chemia w szkole podstawowej; Kaiser & Mannel, 2004). Książka ta opublikowana została w języku niemieckim i zawiera wiele innych eksperymentów na różne tematy.

Fragmenty eksperymentu „Wyciek ropy naftowej” pochodzą z Kaiser (2009).

Download

Download this article as a PDF