Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
Odborný článek
Chemické látky a jejich směsi
Jedná se o druhý díl seriálu článku Motivace žáků ve výuce chemie SOŠ pomocí úloh z běžného života. Článek obsahuje zadání kratší verze úlohy č. 1–4 a zadání širší verze úlohy č. 1–4 včetně uvedení správného řešení všech verzí zadání úloh.
Jak pracovat s úlohami ve výuce.
Na začátku je třeba uvést, že třídní kolektivy se velmi liší, stejně jako žáci v nich, a přístup k nim tudíž musí být velmi individuální. Proto nelze sestavit jeden univerzální soubor úloh a volit stejný postup zadávání úloh.
Předkládáme proto soubor úloh, vesměs úloh otevřených, které jsou (prozatím) uspořádány do sedmi tematických celků, které kopírují RVP a zároveň představují logické doplnění učebnic Základy přírodních věd: Chemie a Základy přírodních věd: Ekologie a životní prostředí. Uvádíme i několik postupů, jak lze úlohy ve výuce aplikovat.
Tam, kde je to možné, jsou úlohy uváděny ve dvojí verzi. V první, stručné, ve které je zadání formulováno pomocí několika málo vět, a ve druhé rozsáhlejší, ve které již samotné zadání představuje jeden z motivačních prvků. Jedná se totiž o jakýsi stručný dialog se žákem. Všechny úlohy jsou opatřeny řešením pro usnadnění práce vyučujícího. Řešení jsou věcně správná, i když někdy ne zcela komplexní, protože jsme byli vedeni snahou je formulovat v úrovni možných žákovských vědomostí a schopností.
A jaké jsou tedy varianty aplikace úloh ve výuce?
Varianta pro prospěchově „slabší“ nebo méně aktivní třídy
Pro třídy, kde žákovské výkony nejsou příliš dobré nebo přes veškeré snahy nejsou žáci příliš aktivní, můžeme kratší variantu otázek úloh použít k výkladu. Výklad je zahájen položením jednoduché otázky, na kterou vyučující sám odpovídá, k čemuž mu napomáhá uvedené řešení. Otázka má zejména přitáhnout pozornost k probíranému tématu, motivovat žáky pro poslech daného tématu, které jsou tak schopni propojit s vlastní zkušeností. Naše pedagogická zkušenost ukazuje, že pokud se vyučovací hodina začne takto položenou otázkou, zájem žáků se zvýší.
(max. 10 minut) se žáky. Postřehli jsme totiž, že žáci (bez ohledu na prospěch a aktivitu) v daném věku velmi rádi diskutují a mají na věci často i vyhraněný názor, pokud se jedná o téma, které je jim známé (z médií, z bezprostředního okolí, z doslechu). Diskutuje-li se např. o obnovitelných a neobnovitelných zdrojích energie, protože ve zprávách právě mluvili o tom, že si opět za elektřinu připlatíme a rodiče tudíž nemůžou koupit upgrade jakéhosi softwaru, o poškození gumy stěračů na ojetých autech, které sice nemohou řídit (sic!), ale ze záhadného důvodu si toho všímají, nebo proč nedokážou rychleji zhltnout tu hnusnou polívku v jídelně, aby už mohli vysmažit ze školy (dle jejich slov), seznáte, že v diskuzi zaslechnete tu a tam i pro výklad využitelné odpovědi, které se velmi blíží realitě skutečného života. A nejen to, zjistíte, že žáci v některých případech uplatňují informace, které jim byly ve výuce zprostředkovány. Těchto informací není sice zpravidla mnoho a nepřispějí zcela k vyřešení problému, poskytnou ale určité vodítko vašeho vlastního výkladu.
Pokud upozorníte na fakt, že na cestě k rozřešení problému přispěli i žáci a svou argumentací podpořili výklad, cítí se být součástí výkladu a ve většině referují o tom, že tento způsob výuky i z hlediska zapamatování si informací považují za prospěšný. Stále ještě ale velmi převažuje nutnost vašeho vlastního výkladu, který opřete o některou z informací, jež vyplynula z diskuze. To je také důvodem toho, proč by diskuze neměla přesahovat shora uvedený časový limit.
Varianta pro prospěchově „silnější“ nebo více aktivní třídy
Širší a kratší verze úloh lze využít ke společnému hledání řešení se žáky. Pedagogická situace se velmi podobá předchozí diskuzi, ale žákům je poskytnut větší časový prostor pro vyřešení problému. Postup začíná tím, že je žákům dán určitý časový rámec nepřesahující 5 minut pro zamyšlení se nad daným tématem, a pak je učitelem zahájena diskuze. Vhodnými dotazy směřujícími k řešení úlohy usměrňuje učitel žáky k dosažení cíle. Pokud se vývoj v řešení nikam neposouvá, může učitel poskytnout tu informaci, která je pro posun v poznání nutná a nechat žáky posléze tuto informaci využít pro další postup řešení úlohy. Vyučující sám musí posoudit, ve kterém stadiu začíná upadat žákovský zájem. V tuto chvíli (i přesto, že úloha nebyla zcela dořešena) je správný okamžik shrnout dosavadní informace přispívající k řešení problému a sdělení správného řešení úlohy. Žáci podobně jako v předchozím případě pozitivně vnímají možnost participace na výuce.
Další možností je úlohy využít jako podklad pro hodnocení ve výuce. Zde existují dvě varianty. První varianta je zadání širší verze úlohy k samostatnému domácímu řešení jednomu nebo dvěma žákům. Ti přednesou před třídou jimi navržené řešení úlohy. Učitel potom zhodnotí jejich postup a řešení koriguje. Druhou variantou je zadání úlohy dvojici žáků opět pro domácí zpracování. Žáci si vybírají úlohy podle svého zájmu (viz tabulky pro zadávání úloh ve třídě). Princip je takový, že žáci vytvoří dvojice a každé dvojici je dán nakopírovaný seznam úloh. Jakmile si dvojice vybere, hlásí vybranou úlohu učiteli, který úlohu „zablokuje“ pro ostatní dvojice (podle principu "kdo dřív přijde, ten dřív mele"). Už tato aktivita je pro žáky poměrně zábavná. Dvojice potom dostanou časový interval pro domácí vyřešení úlohy. Své závěry dvojice prezentují v k tomu speciálně vyčleněné hodině (vhodné například při uzavírání určitého tematického okruhu). Hodnocení provádí nejen vyučující, ale také „oponentní“ trojice k tomu vybraných žáků. Žáci v závěru mohou a nemusí být oceněni příslušnou známkou.
(Tabulky pro úlohy jsou připraveny pro skupiny úloh počínající kapitolou 3.)
Uveďte příklady, kdy se v kuchyni dají využít poznatky z chemie, nebo naopak, jak v chemii vysvětlujeme, cože se to v kuchyni děje.
a) Bude voda při vaření masa ve slané vodě na pokličce nádoby slaná, mastná, nebo obojí? Vysvětli. b) Probíhá někde v kuchyni filtrace? Kde? c) Probíhá někde v kuchyni destilace? Kde? d) Probíhá v kuchyni někdy extrakce? Kde? e) Proč si dříve někteří odborníci při přípravě turecké kávy zalévali kávu lehce slanou vroucí vodou? f) Při přípravě kávy v džezvě (speciální konvička na přípravu kávy) se káva a voda určitou dobu zahřívají. Vysvětlete, proč je ze stejného množství kávového prášku takto připravená káva „silnější“ než káva zalitá horkou vodou? g) Jak vysvětlíte, že káva espreso je tak „silná“? Proč některým lidem dráždí žaludek?
Širší verze úlohy 1
Kuchyně, řekněme si to otevřeně, je skutečně záhadné místo. Tušíme to v podstatě od dětství, kdy se v touze objevit nové věci motáme právě vařicímu dospělákovi pod nohama. Postupně nás ale ona záhadnost přestává bavit, protože dospělí lstivě využívají naší přítomnosti nejprve k drobným pomocným pracím – podej mi nůž, ztlum plyn – a posléze čím dál víc „tlačí na pilu“ s loupáním zeleniny, mytím nádobí a vynášením koše. A protože „dostat“ vlastního rodiče je fajn, a to hned na dvou frontách (škola a práce v kuchyni), tak vám dáme několik typů na záludné dotazy. Pokud jste soutěživí, tak se můžete s dospělákem vsadit. Předpokládá to ovšem, že je k tomu svolný. Takže… Když zodpovíš alespoň čtyři otázky ze šesti správně, já… A tady jsou typy na dotazy:
a) Bude při vaření masa ve slané vodě na pokličce hrnce voda slaná, nebo mastná, nebo slaná i mastná? b) Už jsi tady v kuchyni někdy něco filtroval/filtrovala? A co? c) Už jsi tady v kuchyni někdy něco ne zrovna destiloval/destilovala? A co? d) Už jsi tady v kuchyni někdy něco extrahoval/extrahovala? A co? e) Proč myslíš, že si někteří gurmáni dříve zalévali kávu lehce osolenou vodou? f) Bude „silnější“ při stejném množství a druhu kávy turek, nebo káva připravená v tzv. džezvě, kde se káva po určitou dobu zahřívá? g) A když už s dospělcem na téma soutěže nebude řeč, pak alespoň triumfálně můžete pronést: „Už vím, proč tě po tom presu z nového kávovaru tak bolí žaludek !“ A víte to?
Řešení
Ad a) Voda na pokličce nebude slaná, ale bude mastná. V nádobě vlastně probíhá destilace, při níž sůl stále zůstává v polévce, ale mastnota je z polévky částečně strhávána vodními parami, které kondenzují na pokličce a stékají zpět do polévky. (Protože v nádobě uzavřené pokličkou probíhá jak vypařování – děj spojený se spotřebou energie, tak kondenzace – děj spojený s uvolňováním energie, je vaření s pokličkou energeticky úspornější.)
Ad b) V kuchyni se například připravuje filtrovaná káva.
Ad c) Destilace v kuchyni probíhá např. při vaření pod pokličkou, destilace probíhá např. i v kávovaru.
Ad d) Extrakce probíhá např. při vaření kávy, čaje, při použití celého pepře nebo Nového koření při vaření polévky.
Ad e) Dříve (než byla běžně dostupná zařízení na přípravu kávy espresa) zalévali někteří poučení kávu velmi zředěným roztokem soli. Tento roztok vřel při nepatrně vyšší teplotě než čistá voda, a docházelo tak k intenzivnějšímu vylouhování látek z kávy.
Ad f) Káva v džezvě je louhována horkým roztokem delší dobu než káva při přípravě „turka“, která hned po zalití chladne. Dochází tak k většímu vylouhování látek z kávy a její konzumenti pak mluví o tom, že káva je „silnější“. (Při tomto způsobu přípravy kávy se však vylouhovávají ve větší míře i látky, které mohou u některých jedinců působit zažívací potíže nebo stav „nervového podráždění“.)
Ad g) Při vaření espresa se využívá k extrakci látek z kávy přehřátá pára, jejíž teplota je vyšší než teplota varu vody. Dochází tak k intenzivnějšímu vylouhování látek, a to i látek, které některým osobám mohou způsobovat zažívací potíže (podobně jako u káva z džezvy – viz ad f).
Kratší verze úlohy 2
Uveďte příklady, kde se mimo kuchyň – např. jinde v domácnosti, v dílně, v automobilech nebo v přírodě – dají využít poznatky z chemie nebo jak si naopak v chemii vysvětlujeme, cože se to kolem nás děje. Uváděné příklady podrobněji popište.
a) Uveďte alespoň tři příklady filtrace mimo kuchyň. b) Uveďte alespoň jeden příklad destilace mimo kuchyň. c) Uveďte alespoň jeden příklad extrakce mimo kuchyň. d) Uveďte, jak v co nejkratší době rozpustí včelař 2 kg cukru ve 3 l vody. (Využijte všech svých znalostí z výuky chemie i mimo ni.)
Řešení
Ad a) Filtrace probíhá např. při luxování, auta mají vzduchový filtr (aby do válců motoru nevnikal znečištěný vzduch) a olejový filtr (k oddělování drobounkých kovových pilinek, které vznikají při oděru kovových součástí motoru).
Ad b) Oběh vody v přírodě je jedna velká „makrodestilace“, bez destilace ropy bychom neměli benzin, bez destilace zkvašených ovocných šťáv by nevznikly některé alkoholické nápoje.
Ad c) Z cukrové řepy (cukrovky) se v cukrovarech vylouhovává řepný cukr, olej se získává extrakcí částí plodin tukovým rozpouštědlem za zvýšené teploty a jeho následným odpařením.
Ad d) Včelař ohřeje vodu, pak do ní za stálého míchání přisypává jemný krystalický cukr. (Využívá tedy všechny důležité faktory ovlivňující dobu rozpouštění většiny pevných látek – vyšší teplotu rozpouštědla, co největší plošný obsah povrchu rozpouštěné látky a míchání roztoku.)
Kratší verze úlohy 3
a) Uveďte, jak souvisí počet bublinek oxidu uhličitého u právě otevřené perlivé stolní vody s její teplotou (např. chlazené a nechlazené). Dá se z tohoto pozorování vyvodit, že objem rozpuštěného oxidu uhličitého ve vodě závisí na její teplotě?
b) Na základě vlastní zkušenosti uveďte, zda tato závislost rozpustnosti oxidu uhličitého na teplotě rozpouštědla je stejná jako závislost rozpustnosti většiny pevných látek na teplotě rozpouštědla.
Řešení
Ad a) Počet unikajících bublinek oxidu uhličitého bude větší u perlivé vody o vyšší teplotě. Z našeho pozorování tedy vyplývá, že jestliže uniká více plynu za vyšší teploty, je rozpustnost oxidu uhličitého ve vodě za této teploty menší. Toto jednoduché pozorování nás vede k prvotnímu závěru, že rozpustnost plynů se vzrůstající teplotou rozpouštědla klesá. (Tato závislost rozpustnosti plynů na teplotě platí u většiny plynů.)
Ad b) Zatímco rozpustnost oxidu uhličitého (i dalších plynů) se vzrůstající teplotou rozpouštědla klesá, rozpustnost většiny pevných látek s rostoucí teplotou rozpouštědla stoupá.
Kratší verze úlohy 4
A) Coca-Cola obsahuje ve 100 ml 10,6 g sacharidů. Její hustota je přibližně 1,0 g/cm3.
a) Vypočtěte hmotnostní zlomek cukru v Coca-Cole.
b) Kolik kostek cukru je obsaženo v 0,3 l a v 1 l Coca-Coly? (Jedna kostka cukru má hmotnost 4,4 g.)
c) Jaká je látková koncentrace cukru v Coca-Cole, jestliže M(C12H22O11) = 342,2 g/mol?
B) Pro dospělého člověka je bezpečná dávka kofeinu 300 mg za den. Coca-Colu lze přibližně považovat za 0,013% roztok kofeinu. Vypočtěte objem Coca-Coly, kterou by musel člověk vypít, aby překročil bezpečnou dávku kofeinu? (Počítejte, že 1,0 ml Coca-Coly má přibližně hmotnost 1,0 g.)
C) Fyziologický roztok je 0,9% roztok chloridu sodného ve vodě. Jak byste v laboratoři připravili 0,5 kg fyziologického roztoku?
Širší verze úlohy 4
Počítání je vždycky trochu nepříjemná věc, to známe všichni. Ale některé výpočty se mohou přesto zdát alespoň trochu zajímavé. Jde tu o naši postavu, a někdy i o život!
A) Coca-Cola obsahuje ve 100 ml 10,6 g sacharidů. Její hustota je 1,0 g/cm³.
a) Vypočtěte hmotnostní zlomek cukru v Coca-Cole.
b) Kolik kostek cukru je obsaženo v 0,3 l a v 1 l Coca-Coly? (Jedna kostka má hmotnost 4,4 g.)
c) Jaká je látková koncentrace cukru v Coca-Cole, jestliže M(C12H22O11) = 342,2 g/mol?
B) Pro dospělého člověka je bezpečná dávka kofeinu 300 mg za den. Coca-Colu lze považovat přibližně za 0,013% roztok kofeinu. Vypočtěte objem Coca-Coly, který by musel člověk vypít, aby překročil bezpečnou dávku kofeinu? (Počítejte, že 1,0 ml Coca-Coly má přibližně hmotnost 1,0 g.)
C) Fyziologický roztok je 0,9% roztok chloridu sodného ve vodě. Jak byste v laboratoři připravili 0,5 kg fyziologického roztoku?
Řešení
Ad A)
Ad a) w(s) = 10,6 g / 100 g w(s) = 0,106 = 10,6 %
Hmotnostní zlomek sacharidů v Coca-Cole je 0,106, neboli 10,6 %.
Ad b) Jestliže je hmotnost sacharidů ve 100 ml Coca-Coly 10,6 g, ve 300 ml je hmotnost sacharidů 31,8 g. Je-li hmotnost jedné kostky cukru 4,4 g, pak počet kostek v 300 ml Coca-Coly je 31,8 g / 4,4 g = 7,2.
300 ml Coca-Coly obsahuje 7,2 kostek cukru.
Ad c) Látková koncentrace rozpuštěné látky c je definována vztahem c = n /V , kde n je látková koncentrace rozpuštěné látky a V je objem roztoku.
c = n / V V = 100 ml = 0,1 dm3
n = m / M , kde m je hmotnost rozpuštěné sacharózy … 10,6 g M je molární hmotnost sacharózy … 342,2 g/mol
c = 10,6 g/0,1 dm3 . 342,2 g/mol c = 0,31 mol/dm3
Látková koncentrace sacharózy v Coca-Cole je 0,31 mol/dm3.
Ad B)
Použijeme opět vztah w = m(s) / m, kde w = 0,013 % = 0,00013m(s) = 300 mg = 0,3 g.
m = ? m = 0,3 g/0,00013 m = 2307 g = 2,307 kg = 2,307 l
Bezpečnou dávku kofeinu překročí člověk, který vypije více než 2,3 l Coca-Coly za den.
Ad C)
Použijeme opět vztah w = m(s) / m, kde známe hodnotu w a m.
m(s) = 0,009 . 500 g m(s) = 4,5 g m(H2O) = 500 g – 4,5 g = 495,5 g
Při přípravě 0,5 kg fyziologického roztoku smísíme 495,5 ml vody a 4,5 g chloridu sodného.
