Virtuální hospitace - Chemie: Vlastnosti vodíku a kyslíku v pokusech
Archivní obsah
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
Virtuální hospitace - Chemie: Vlastnosti vodíku a kyslíku v pokusech
3,6 (5 hodnocení)
Výchozí situací pro chemické experimentování je grafické znázorňování pozorovaných faktů. Žákům je navrhnut výběr pojmů, je zakresleno schéma, kde jsou šipkami vyznačeny vztahy. Žáci postupně toto schéma doplňují a uspořádávají tak informace a myšlenky do struktury, což vede k lepšímu porozumění a zapamatování.
Cíl výuky
Virtuální hospitace byla natočena v květnu 2011 v hodině chemie na Gymnáziu Pierra de Coubertina v Táboře. Tématem hodiny je porovnání vlastností vodíku a kyslíku v pokusech.
Žáci prvního ročníku se v této hodině učí provádět a pozorovat pokusy a interpretovat je pomocí pojmových map.
Cílem výuky je naučit se uspořádat chemické pojmy do struktury na základě faktů získaných prostřednictvím školních chemických experimentů.
O této vyučovací hodině můžete diskutovat přímo s vyučujícím RNDr. Petrem Kolorosem a s prof. PhDr. Martinem Bílkem, Ph.D., z katedry chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové. Pokud byste se jich na cokoli rádi zeptali nebo máte zájem diskutovat o výuce a natáčení s dalšími diváky této virtuální hospitace, zapojte se do online diskuze. Ta
Hofmanův přístroj, Kippův přístroj, souprava pro vývoj a jímání plynu, stojan se zkumavkami, kahan, zinek (gran.), kyselina chlorovodíková (w=0,20), dusičnan draselný, chlorečnan draselný, manganistan draselný, školní zdroj el. proudu
. Diskuze probíhá v prostředí DIMDIM; hlavní prezentující během diskuze hovoří, další účastníci diskuze mají možnost své dotazy a postřehy psát prostřednictvím chatu.
Celé diskuzní fórum k této virtuální hospitaci naleznete zde.
K této virtuální hospitaci je otevřen pohled v digifoliu. Prohlédnout si jej můžete zde.
Reflexe
Cíle hodiny
Žáci se učí provádět a pozorovat pokusy a interpretovat je pomocí pojmových map.
Při vymezení cíle hodiny používám průběhový čas, protože jde o proces, o jehož úspěšném završení můžeme rozhodnout jen použitím vhodného evaluačního nástroje. Pro velkou část žáků navyklých na strnulou transmisivní výuku je obtížné přejít plynule na činnostní učení, zvlášť když je ještě spojenou s problematikou psaní chemických rovnic. Při hodnocení aktivity žáků beru v úvahu to, že už sice dostali základní informaci o chemii vodíku a kyslíku, ale podle našeho ŠVP je to první téma, kdy se systematicky vyjadřuje chemický děj rovnicí.
Na spojení pojmové mapy s chemickým pokusem jsem přišel při snaze zlepšit interpretaci chemického děje. Osvojování a fixace pojmů pomocí experimentů vychází z pozorovatelných faktů. Ty jsou reprezentovány určitými pojmy, které by si měl žák zařadit do určité struktury a tím jim lépe porozumět a zapamatovat si je.
Mám za školní rok více než dvacet demonstračních pokusů v každé třídě, (ve třídě, kde se učí podle Frause čtyřicet), ale přesto se to bohužel příliš ve výsledcích výuky nepromítá.
Touto hodinou jsem si vzal na sebe náročný úkol. Byly to vlastní i žákovské demonstrační pokusy a frontální žákovské pokusy na simultánních úkolech (polovina třídy připravovala vodík a polovina kyslík). Při tom všem bylo třeba sledovat, jestli žáci chodí průběžně, podle realizovaných prací, doplňovat pojmovou mapu. Časově to vyšlo doslova nadoraz tak, že už nebyl čas na závěrečné shrnutí a hodnocení hodiny. Projevilo se to také v mém poněkud neuspořádaném projevu i ve sledování stechiometrie na tabuli. Zde je třeba poznamenat, že někdy úmyslně neupravím rovnici a dávám tak šanci aktivním žákům. Schéma rozkladu vody, které jsem napsal, však bylo i tak potřeba upravit.
Struktura hodiny, metody a formy práce
Hodina byla zahájena mým úvodním slovem o charakteru vodíku a kyslíku s odkazem na periodickou soustavu prvků. Následoval demonstrační pokus žáků: rozklad vody stejnosměrným elektrickým proudem v Hofmannově přístroji a důkaz vznikajících plynů. Poté žáci připravovali po dvojicích v lavici vodík (reakcí hydroxidu sodného a hliníku) a kyslík (katalytickým rozkladem peroxidu vodíku burelem) v Pachmannových semimikrosoupravách. Ty mají tu výhodu, že pracují s malým množstvím látek, a proto jsou pokusy bezpečné. Žáci s nimi tuto hodinu pracovali už potřetí.
Vodík se měl projevit po zapálení „štěknutím“ a kyslík vzplanutím nažhavené špejle. Dále byl na řadě demonstrační pokus: příprava vodíku v Kippově přístroji reakcí kyseliny chlorovodíkové a zinku a důkaz jeho redukčních vlastností. K redukci jsem použil nažhavenou měděnou spirálu, která se po zasunutí do najímaného vodíku baňce obrácené dnem vzhůru „vyčistila“. Vznikající vodík jsem v dalším pokusu najímal do litrové plechovky obrácené dnem vzhůru, ve kterém byl otvor uzavřený zápalkou s namotanou vatou. Po odhadnutém čase jsem zápalku odstranil a špejlí zapálil vodík unikající otvorem ve dnu. Vodík hořel téměř bezbarvým plamenem a po slyšitelném nasátí vzduchu explodoval.
Pokus jsem zopakoval s tím, že by se měl lišit od prvního, avšak vodíku bylo opět mnoho, takže můj záměr okamžité a větší exploze nevyšel. Jako další akci jsem zapálil hořčík s tím, že úkolem žáků bylo napsat rovnici a zařadit děj do pojmové mapy. Další demonstrační pokusy byly: tepelný rozklad dusičnanu draselného a spalování dřevěného uhlí ve vznikajícím kyslíku. Tepelný rozklad chlorečnanu draselného a spalování želatinových medvídků se mi v hodině nepodařilo, protože příliš horký plamen protavil zkumavku a roztavený chlorečnan protekl do kahanu, který se ucpal. Po hodině jsem pomocí lihového kahanu provedl pokus pro kameru ještě jednou. Poslední pokus: hoření směsi manganistanu draselného, práškového hliníku a síry měl demonstrovat tepelný rozklad manganistanu a hoření prvků ve vznikajícím kyslíku.
Závěrečné slovo a poděkování žákům za aktivitu bylo jen velmi stručným shrnutím hodiny.
Hodnocení žáků
Aktivita žáků mne velmi příjemně překvapila, byla znát příjemná a pracovní atmosféra i zájem po hodině. Také sami žáci hodnotili slovy, např. „Tato hodina se mi líbila, vyzkoušela jsem si práci s chemikáliemi a vyšel nám i pokus“ nebo „Originální hodina, vcelku zábavná pro mě lépe pochopitelná díky praktickým věcem. Lepší když si věci „osahám“, jako v této hodině, než když si je jen pročítám v učebnici.“ nebo „Byla to zábava a takovou hodinu bych si zopakovala.“ Svůj výchovný význam má i nabídnutá pomoc od žáků při úklidu pomůcek.
Hodnocení hodiny
Téma porovnání vlastností vodíku a kyslíku i koncepce hodiny se osvědčily. Teprve při porovnávání zřetelně vynikne rozdíl mezi oběma plyny. Stanovené cíle odpovídají hodnocení, tedy nejvyšší kategorii cílů podle Bloomovy taxonomie. Byly naplněny i současné trendy o badatelsky orientované výuce (BOV, IBSE) a sice tak zvaným potvrzujícím bádáním, kdy otázka i postup jsou žákům poskytnuty, výsledky jsou známy, jde jen o to je vlastní praxí ověřit1.
1. STUCHLÍKOVÁ, I. O badatelsky orientovaném vyučování. Sborník příspěvků semináře, 25. a 26. března 2010. České Budějovice : Jihočeská univerzita, 2010.
Evaluace
Virtuální hospitaci zhodnotil prof. PhDr. Martin Bílek, Ph.D., z Katedry chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové, který se rovněž zapojí do online diskuze k této hodině (11. 10. 2011 od 16.00 do 16.45).
Úvod
Videozáznam vyučovací hodiny s tématem Porovnání vlastností vodíku a kyslíku přináší pohled na netradiční hodinu chemie uskutečněnou v prvním ročníku čtyřletého gymnázia. Žáci dle slov učitele získali před touto hodinou základní znalosti o obou jmenovaných prvcích periodického systému. Nyní, v hodině plné experimentální činnosti jak učitele, tak jejich vlastní, mají získat přehled o odlišných vlastnostech obou prvků a utřídit si tak získané vědomosti a částečně i dovednosti do potřebného systému.
Cíl hodiny
V učitelově předmluvě k videozáznamu můžeme zaznamenat formulaci cíle vyučovací hodiny – „naučit se uspořádat chemické pojmy do struktur na základě faktů získaných prostřednictvím školních chemických experimentů“, a to jak demonstračních v podání učitele i žáků, tak frontálních prováděných žáky v malých skupinách (po lavicích). Je škoda, že stejným způsobem nebyli s cílem vyučovací hodiny seznámeni v úvodu výuky žáci (pravděpodobně učitelova předmluva nebyla součástí hodiny), určitě by to přispělo k lepší následující organizaci jejich činnosti, která díky „nabitému programu“ působí celkově poněkud chaoticky. Není se čemu divit, neboť bylo naplánováno celkem osm pokusů (experimentů), což bývá většinou náplní výuky během celého měsíce, a jak zkušenosti ukazují, na střední škole to může být ještě delší časový úsek.
Je určitě chvályhodné, že se o takovouto, experimentálně protkanou, vyučovací hodinu učitel se svými žáky pokusil, ale nutno již zde na úvod konstatovat, že „méně je někdy více“, tedy že i přemíra pokusů v jedné vyučovací hodině nemusí přinést kýžený efekt. Tím, že cíl hodiny nebyl na jejím začátku explicitně formulován pro žáky, může hodina působit jako sice pestrá směsice efektů, jistě silně působící na okamžitou pozornost žáků (problematické je hodnotit nakolik je tím zvýšena motivace k učení, a to jak krátkodobá tak dlouhodobá), ale nedostatek času na jejich interpretaci (vysvětlení principu, souvislosti atd.) požadavek efektivity výuky dle mého názoru zcela nenaplňuje. Chybějí zejména dílčí cíle pro jednotlivé části hodiny formulované v činnostech žáků, tedy konkrétní vyjádření, co si měli zopakovat a co procvičit, co se měli naučit, co mají zvládnout atd.
Poznámky k průběhu vyučovací hodiny
Učitel zahájil vyučovací hodinu po pozdravu a administrativních záležitostech monologem o žákům již pravděpodobně známých faktech o vodíku a kyslíku s využitím periodického systému prvků na stěně učebny. Je jasné, že s vidinou časové náročnosti provedení všech naplánovaných aktivit nezvolil rozhovor. Ovšem už tady je zřejmé, že předimenzovaná hodina (zde experimentální činností) neprospěje zařazování tolik potřebných dialogických metod do naší výuky. Dialog začíná učitel až při popisu Hofmannova přístroje k elektrolýze vody, tedy k jejímu rozkladu na vodík a kyslík, umístěného na demonstračním stole, který byl uveden do chodu již před hodinou. Následně dvě dobrovolnice z řad žáků provádějí důkaz obou plynných látek. Pravděpodobně jde také o opakovaní obou důkazových pokusů.
Pokud by šlo o nové informace pro žáky, bylo by nutné vše pojmout jiným způsobem, který by žákům osvětlil principy přípravy, jímaní a důkazních chemických reakcí pro oba plyny. Učitel např. vysvětluje důkaz kyslíku, ale žáci začínají důkazem vodíku apod. Už tady je zřejmý spěch, který provázel celou vyučovací hodinu. Po provedení důkazních reakcí učitel poprvé upozorňuje žáky na předkreslené neúplné schéma pojmů a faktů, které jsou součástí obsahu hodiny. Domnívám se, že je schéma nepřesně označováno „myšlenkovou mapou“. Jde spíše o pojmovou strukturu dané látky, do níž mají žáci zapisovat pojmy a fakta, související s prováděnými pokusy. Celou práci s tímto schématem však provázejí nejasnosti, kam a jaké informace doplňovat. Ve schématu jsou sice prázdná označená místa, ale žáci na vyzvání učitele doplňují informace různě po schématu, když výsledkem je poměrně málo přehledný zápis. Na levé straně tabule jsou též vypsány pojmy, které by měly být dle slov učitele doplňovány do schématu, ale příslušná instrukce k této činnosti není podána včas a není příliš srozumitelná.
Další aktivitou jsou frontální pokusy prováděné žáky s využitím souprav pro semimikrotechniku. Polovina třídy připravuje ve skupinách v lavicích vodík a polovina kyslík. Aparaturu jim učitel předvedl sestavenou a sám také předvádí postup, jak připravit vodík a provést jeho důkaz. K přípravě kyslíku podobná instrukce podána nebyla, tedy z videozáznamu není úplně zřejmé, podle čeho druhá polovina žáků pracuje. Nezdá se mi, že by jim stačilo připomenout pouze připravené chemikálie. Žáci pracují se zájmem, sestavují aparaturu dle vzoru.
Ač učitel připomíná, že nejde o žádné nebezpečí, myslím si, že nelze opomínat ochranné prostředky, v tomto případě určitě laboratorní pláště a ochranné brýle. Vzhledem k tomu, že se používají hydroxid sodný a kyselina chlorovodíková, i když v malém množství, není možné toto opomínat, a to jak z důvodu možného ohrožení žáků a jejich oděvů, tak zejména kvůli nácviku bezpečné laboratorní činnosti. V závěru frontálních pokusů učitel vyzývá žáky k zápisu experimentálních faktů do schématu na tabuli.
Bohužel vše zaniká v končící frontální činnosti, žáci sice na tabuli zapisují výsledky, ale ostatní skládají laboratorní soupravy a uklízejí, čímž není prostor k společnému formulování závěrů atd. Pouze individuálně učitel kontroluje zapisovaná fakta a s jednotlivci opravuje zjištěné nedostatky. Vše by mělo jistě výrazně vyšší efektivitu, kdyby se zápisům závěrů mohla věnovat ve společné činnosti celá třída! Ve stále ještě nedokončené činnosti učitel již začíná připravovat další pokus, a to přípravu vodíku v Kippově přístroji na laboratorním stole. Pokud jde o první seznámení žáků s tímto klasickým laboratorním přístrojem, opět je velmi rychlé, povrchní a pouze „v rukou a ústech“ učitele. Spousta informací vztahujících se na přípravu plynu v Kippově přístroji je podávána v rychlém sledu učitelem bez vazby na reakce žáků, což je opět velká škoda, neboť didaktický potenciál vazby frontální laboratorní činnosti na navazující demonstrační pokus tak není využit.
Připravovaný vodík učitel jímá do baňky k provedení dalšího pokusu – důkazu jeho redukčních vlastností. Až tady se vrací k výsledkům žákovských frontálních pokusů, ale je zřejmé, že to již nemá ten správný bezprostřední efekt. Redukční vlastnosti vodíku chce učitel ukázat na jeho reakci s oxidem měďnatým. Vše ale provádí sám v poměrně velké vzdálenosti od žáků, a tak o výsledném efektu tohoto pokusu mám určité pochybnosti. Závěr a zápis je také proveden tak nějak mimochodem, bez velké pozornosti učitele i žáků. Hned následuje příprava dalších dvou experimentů, a to hoření hořčíkové pásky a výbuch směsi vodíku a kyslíku v plechovce.
To, že je příprava obou jmenovaných pokusů prováděná současně, jistě přehlednosti nepřidává. Vzhledem k problému s aparaturou u druhého ze jmenovaných pokusů se dále učitel věnuje právě jemu, což je nakonec dobře, neboť pozornost žáků se tak zaměřuje jen na jeden z nich. Ovšem učitel jim tu šanci hned bere tím, že se vrací k hoření hořčíku. Tento pokus je tak prováděn právě v čase, když žák zapisuje probíhající chemickou reakci v Kippově přístroji, tedy děj nijak nesouvisející s hořením hořčíku. Není se co divit, že se jen těžko učitel dozvídá od žáků odpověď na dotaz k vysvětlení pokusu s hořčíkem. Vzhledem k této „rychlosti“ sledu pokusů pak dochází k problémům v zápisu na tabuli, kdy je do předepsané části určené pro kyslík uvedená chemická rovnice přípravy vodíku apod. Dále se učitel vrací k „plechovce“ a dokončí i tento pokus ve dvou variantách, ovšem s ne příliš průkazným rozdílem. Bohužel je to asi způsobeno i tím, že se věnuje přípravě dalšího experimentu (reakce kyslíku, získaného rozkladem dusičnanu draselného, s uhlíkem). Šlo o efektní pokus tzv. „skákajícího uhlíku“, kterému nijak nevadil ani první neúspěch experimentátora udržet kousek rozžhaveného dřevěného uhlí ve zkumavce.
Učitel vyzývá opět k zápisu do schématu na tabuli s tím, že žáky upozorňuje na zápis stejné reakce v učebnici. Dotaz žákyně, na které straně v učebnici to je, je přehlédnut, bohužel není čas! A hned rychle na přípravu dalších pokusů zaměřených na přípravu kyslíku, a to rozkladem chlorečnanu draselného a manganistanu draselného. Ve shonu ale dochází při tavení chlorečnanu k prasknutí zkumavky a k ucpání kahanu. Zahřívání, jak konstatuje sám učitel, bylo příliš prudké. Další takový kahan k dispozici není, tak se nebudeme zdržovat a hned přejděme k poslednímu pokusu. Tím je reakce práškového hliníku s manganistanem draselným pojmenovaný „flash z internetu“.
Pokus se povedl, byl efektní, ale hodina už končí a učitel má snahu shrnout poznatky při kontrole doplněného schématu na tabuli. Ve spěchu ale o příliš ucelené shrnutí nejde, zejména nejsou zdůrazněny rozdíly ve vlastnostech obou prvků.
Žáci ale po skončené hodině neskrývaně oceňují nevšední úsilí učitele potleskem a řada z nich se při odchodu u něho zastavuje, chválí pokusy nabytou hodinu, ptá se a navrhuje úpravy jejich provedení. Je vidět, že pokusy jsou to, co jim ve výuce chemie chybí, co by je výrazně motivovalo k ještě většímu zájmu o tento předmět.
Nakonec si ještě můžeme na videozáznamu prohlédnout v hodině neuskutečněný „travexový pokus“, tedy hoření gumového medvídka v kyslíku uvolněného rozkladem roztaveného chlorečnanu draselného a hodnocení hodiny učitelem.
Závěry a doporučení
Předvedená vyučovací hodina chemie v prvním ročníku gymnázia jasně dokládá, že experimentální činnost by měla být stěžejním prvkem všeobecného chemického vzdělávání. Na druhou stranu ale ukazuje, že není možné náplň výuky předimenzovat ani v této oblasti. Největší problém tak vidím v nevyužitých možnostech interpretace provedených chemických pokusů, které byly připraveny a provedeny na velmi dobré úrovni. Scházelo jim ale větší zapojení žáků, a to jak do přípravy tak do jejich průběhu, a za největší nedostatek považuji jejich minimální nebo absentující interpretaci v dialogu učitele s žáky. Jako dostatečnou náplň vyučovací hodiny bych považoval např. demonstrační pokus s Hofmannovým přístrojem, důkazy elektrolýzou vody připravených plynů a navazující frontální pokusy uskutečněné s využitím souprav pro semimikrotechniku. Tak by byl dostatečný prostor pro přípravu, realizaci i interpretaci experimentů včetně tvorby pojmové struktury. Další experimenty potom rozložit do následujících hodin jednak jako motivaci a zároveň jako prostředek permanentní fixace příslušného učiva.
Na závěr tohoto hodnocení bych rád doplnil ještě několik shrnujících poznámek:
učitel zaslouží obdiv za odvahu provést v jedné vyučovací hodině takové množství chemických pokusů; jde o velmi schopného praktika laboratorní činnosti, kterého mohou táborskému gymnáziu jiné školy závidět; otázkou by bylo, jak dlouho musela trvat příprava všech laboratorních pomůcek a chemikálií, včetně předem připraveného záznamu k doplňování na tabuli; jak často by bylo možné čas k přípravě takovéto hodiny najít?,
velké množství demonstračních experimentů způsobilo „přeplnění“ demonstračního stolu, což poněkud snižovalo viditelnost probíhajících změn (usuzuji podle toho, co jsem mohl sledovat na videozáznamu); nabízí se uvažovat o možnosti nějaké vizualizační techniky (vizualizér) nebo alespoň odkladního prostoru,
jako nedostatečné považuji dodržování pravidel bezpečné laboratorní práce – zejména chybějící ochranné pomůcky při frontálním experimentování studentů a používání zapalovače učitelem i žáky,
nešlo o „opravdovou“ práci s pojmovou mapou a už vůbec ne s myšlenkovou mapou (tedy s myšlenkovými mapami jednotlivých žáků), ale o doplňování schématu, zejména o doplňování rovnic chemických reakcí a některých pojmů,
z důvodu nedostatku času chyběla větší orientace na zdůraznění rozdílu vlastností obou prvků, což učitel formuloval jako hlavní cíl hodiny,
pozitivně je nutné hodnotit komunikační schopnosti vyučujícího (srozumitelné vyjadřování, odlehčující poznámky atd.), i když, pravděpodobně opět z časových důvodů, převládal jeho monolog,
na to, že v hodině šlo o široké spektrum aktivit žáků i učitele, lze ocenit ukázněnost žáků, jejich snahu akceptovat výzvy k činnosti od učitele, jejich pozornost týkající se jak prováděných pokusů tak zápisu na tabuli.
Co dodat na úplný závěr? Videozáznam této vyučovací hodiny přináší, jak jsem již uvedl, široké spektrum aktivit, které jsou potřebné pro zatraktivnění výuky chemie na střední škole. Je však třeba s nimi nakládat s rozvahou, „dobrého dávat po málu“, tedy zařazovat chemické pokusy v takovém množství do vyučovací hodiny, aby mohl být jejich veškerý motivační, expoziční, fixační i aplikační potenciál náležitě využit.
Moje poněkud kritičtější hodnocení uskutečněné vyučovací hodiny by nemělo být ale v žádném případě chápané jako odrazování od zařazování školních chemických pokusů do výuky. Právě naopak, jeden nebo dva komplexně, a nejlépe se zapojením žáků, připravené, provedené a interpretované pokusy, které se stanou standardní a pravidelnou součástí výuky, určitě přinesou své ovoce!
Literatura a použité zdroje
FLEMR, V; DUŠEK, B. Chemie pro gymnázia. 1. vyd. Praha: SPN, 2001. 120 s. ISBN 80-7235-147-8.
PACHMANN, E. Speciální didaktika chemie. 1. vyd. Praha: SPN, 1986. 352 s. ISBN 14-487-86.
FISCHER, R. Učíme děti myslet a učit se. 2. vyd. Praha: Portál, 1997. 172 s. ISBN 80-7178-966-6.
