VYUŽITÍ CHEMICKÝCH EXPERIMENTŮ PŘI INTEGRACI

PŘÍRODOVĚDNÝCH POZNATKŮ

Marta Klečková – Veronika Fadrná – Petra Topičová

Úvod

Cílem přírodovědného vzdělávání není pouhá znalost teoretických pojmů, faktů, vybraných poznatků, je důležité vést žáky k hledání, objevování, porozumění přírodovědných zákonitostí, které umožňují člověku využívat přírodní objekty, zákonitosti a děje v praktickém životě i při dalším zkoumání přírody. Přírodovědné obory jsou vzájemně úzce propojeny a proto je nezbytné integrovat poznatky jednotlivých oborů zejména fyziky, chemie a biologie již v rámci základního všeobecného vzdělávání, maximálně vyžívat mezipředmětové vztahy [1]. Při integraci přírodovědných poznatků lze výhodně využívat reálné experimenty, je pro to několik argumentů. Uvedené experimentální obory používají ve výzkumu i při řešení problémů především empirické metody, např. fyzikální, chemické, fyzikálně-chemické, biochemické experimenty. Dalším silným argumentem je, že žáci na všech typech škol upřednostňují v přírodovědných předmětech praktické činnosti, v chemii především pokusy. Toto tvrzení vyplývá z řady již publikovaných výzkumů [2-4]. Potvrzuje to i náš poslední průzkum, ve kterém byl sledován vztah žáků k přírodovědným oborům.

Dotazník – Přírodověda a Ty

V dotazníku studenti víceletých a čtyřletých gymnázií odpovídali na 10 otázek, ve kterých hodnotili svůj vztah k přírodovědným a vybraným humanitním předmětům. Dotazníku se zúčastnilo 100 žáků ve věku 12 – 15 let (kategorie mladších gymnazistů MG), 100 žáků ve věku 15 – 19 let (kategorie starších gymnazistů SG), uvádíme zde jako příklad pouze vyhodnocení odpovědí na 2 otázky.

1. Ke každému vyučovacímu předmětu napiš známku (číslo 1-5) podle tvé oblíbenosti.

1 velmi oblíbený (nejoblíbenější), 2 oblíbený, 3 ani oblíbený ani neoblíbený, 4 neoblíbený, 5 velmi neoblíbený (nemám rád)

U kategorie MG je nejoblíbenějším předmětem zeměpis. Na dalším místě se umístily základy společenských věd, cizí jazyk, dějepis, 5. chemie, před 6. biologií a 8. fyzikou (viz graf 1).

U kategorie SG je nejoblíbenějším předmětem biologie. Na dalším místě se umístily cizí jazyk, zeměpis, český jazyk, dějepis, základy společenských věd. Za nimi následuje 7. matematika, 8. fyzika a na posledním 9. místě se ocitla chemie (viz graf 2).

Obdobný průzkum jsme dělali před pěti lety. U mladších gymnazistů MG bylo pořadí oblíbenosti přírodovědných předmětů následující: 1. biologie, 2. zeměpis, 3. matematika, 6. chemie, 7. fyzika; u starších studentů SG: 2. zeměpis a 3. biologie, 6.-7. matematika spolu s chemií, 9. fyzika [2].

Je vidět, že chemie stále patří mezi méně oblíbené předměty především u starších studentů gymnázia.

Další otázka: 2. Napiš, co se ti nejvíce l í b í

na chemii…………………………………………………………

na fyzice……..…..……………………………………………….

na biologii………..……………………………………………….

Tabulka 1: MG – odpověď na 2. otázku

Charakter oblíbenosti [ %]	Předmět
	chemie	fyzika	biologie
pokusy	57,1	36,4	7,1
spojení s praxí	1,1	2,6	5,1
systém, logika	14,3	11,7	23,5
teorie	17,6	20,8	46,9
učitel	4,4	23,4	1,0
ostatní	5,5	5,2	16,3

Tabulka 2: SG – odpověď na 2. otázku

Charakter oblíbenosti [%]	Předmět
	chemie	fyzika	biologie
pokusy	46,7	29,6	6,5
spojení s praxí	9,3	8,5	11,8
systém, logika	10,7	21,1	9,7
teorie	17,3	15,5	64,5
učitel	10,7	15,5	6,5
ostatní	5,3	9,9	1,1

U obou věkových skupin se studentům v hodinách chemie a fyziky nejvíce líbí praktická činnost a s ní související pokusy. Teorie je oblíbená v biologii u obou kategorií. Tento výsledek se shoduje s mnoha průzkumy prováděnými jak v ČR tak i v zahraničí [2, 5-7].

Právě reálné experimenty jsou účinným prostředkem při integrovaném přístupu získávání nových přírodovědných vědomostí, protože i v době mohutného rozmachu informačních technologií, dokáží zaujmou žáky všech věkových kategorií a povzbuzují je k aktivní činnosti řešit sledovaný problém, umožňují také integrovat již osvojené znalosti, které žáci získali jednotlivých přírodovědných předmětech.

Ukázka experimentů využitelných v integrované výuce přírodovědě či v samostatných přírodovědných předmětech (chemie, biologie, fyzika)

1. Důkaz H₂0 ve vydechovaném vzduchu

Kousek bílé látky, nejlépe bavlněné, namočíme do 2% roztoku chloridu kobaltnatého hexahydrátu a dobře vysušíme – šáteček zmodrá. Potom látku umačkáme v dlaních do malého objemu a do šátku několikrát silně foukneme - zrůžoví.

Zahřátím dochází k dehydrataci hexahydrátu chloridu kobaltnatého a vzniká bezvodý chlorid kobaltnatý, který má modrou barvu. Vydechovaný vzduch obsahuje vodní páru, dehydratovaný chlorid kobaltnatý přijímá zpět vodu a vzniká opět růžový hexahydrát chloridu kobaltnatého.

lze použít např.:

biologie: dýchání člověka

chemie: hydráty solí, hydratace, dehydratace, chemická vazba

2. Důkaz CO₂ ve vydechovaném vzduchu

Pomocí brčka probubláváme vydechovaným vzduchem zkumavku s vodou a přídavkem indikátoru. Pozorujeme změnu zbarvení. Po zahřátí zkumavky nad kahanem získáme opět původní barvu roztoku indikátoru.

Voda a bromthymolová modř (ethanolický výluh z červeného zelí) tvoří modrý roztok, po probulání vydechovaným vzduchem roztok zezelená (zfialoví) ® vydechovaný vzduch obsahuje CO₂ , po zahřátí roztoku opět zmodrá ® za vyšší teploty CO₂ z roztoku unikl.

lze použít např.:

biologie: dýchání člověka

chemie: kyselost a zásaditost roztoků, vlastnosti indikátorů, rozpustnost CO₂ ve vodě

3. Koloidní roztoky

Kádinku s koloidním roztokem prosvítíme laserovým paprskem (použijeme laser ukazovátko) kolmo na boční stěnu a pozorujeme pohledem shora, zda je vidět (patrná) dráha laserova paprsku.

lze použít např.:

biologie: vlastnosti tělních tekutin (krev, míza, mléko), nápojů, čistota přírodních vod

chemie: rozdělení soustav podle velikosti částic – pravé roztoky, koloidní roztoky, heterogenní soustavy

fyzika: optické vlastnosti roztoků, opalescence, Tyndallův jev

4. Ztuhnutí roztoku ve zkumavce

Ve zkumavce připravíme nasycený roztok octanu sodného za horka, zkumavku ihned uzavřeme zátkou a necháme zchladnout. Rychlou krystalizaci přesyceného roztoku octanu vyvoláme vložením krystalizačního centra do tohoto roztoku (malý krystal, drobné smítko, skleněná tyčinka), obsah zkumavky okamžitě ztuhne.

lze použít např.:

biologie: nerosty, krystaly, krystalové soustavy

chemie: nasycený roztok, metoda dělení směsí - krystalizace,

fyzika: krystaly, krystalizace,

5. Povrchové napětí

a) Do krystalizační misky naplněné studenou vodou až po okraj vložíme opatrně vybrané předměty tak, aby plavaly na hladině (jehla, špendlík, kancelářská sponka, …). Potom přikápneme k okraji misky pipetou saponát (předměty se rychle potopí ke dnu).

b) Krystalizační misku naplníme vodou až po okraj a hladinu vody posypeme práškovou sírou. K okraji misky přikápneme saponát (síra se „propadne“ na dno – lavinový efekt).

c) Vodu nakapeme na podložku, vytváří malé kapky, potom přikápneme saponát (kapky vody se roztečou na větší plochu podložky) .

lze použít např.:

biologie: trávicí soustava, žluč, vodoměrka

chemie: vlastnosti vody, detergenty a jejich schopnost snižovat povrchové napětí

fyzika: vlastnosti kapalin – povrchové napětí, vznik mlhy,kapky deště, tvar krup

6. Vodní had

Do 5% roztoku žluté krevní soli v odměrném válci nebo ve zkumavce přidáme 2-3 větší krystalky dihydrátu chloridu měďnatého a pozorujeme růst „hadů“.

lze použít např.:

biologie: při vysvětlení principu polopropustné membrány – cytoplazmatická membrána buňky, chování buňky v závislosti na koncentraci okolního prostředí (hypotonické, hypertonické, izotonické), pronikání ( transport) látek do buňky

chemie: velikost částic, princip dialýzy, koncentrační gradient,  dělení směsí, čističky odpadních vod

fyzika: osmóza, polopropustné membránové filtry

Závěr

Praktické činnosti jsou nedílnou součástí experimentálních přírodovědných oborů, a proto by neměly z výuky přírodovědy či chemie, fyziky a biologie na ZŠ a SŠ mizet.

Literatura

1. BÍLEK, M. et al.: K integraci v přírodovědném vzdělávání. H.Králové: Gaudeamus, 2001.

2. KLEČKOVÁ, M., ŠIMKŮ, M.: Vztah žáků ZŠ a SŠ k přírodovědným oborům. In Pregraduální příprava a postgraduální vzdělávání učitelů chemie. Ostrava: Ostravská Univerzita, 2001, s. 211-216.

3. ŠKODA, J., DOUDÍK, P.: Změny učebních činností-nezbytný předpoklad modernizace výuky chemie. In Výzkum školy a učitele sborník 10. výroční konference ČAPV. Praha: Univerzita Karlova, 2002.

4. DUŠEK, B.: Pokusy ve výuce chemie samozřejmě ano, ale jak? Chem.Listy. 2000, vol. 94, s.870- 871.

5. ŠKODA, J.:Trendy oblíbenosti chemie během studia na víceletých gymnáziích. In Aktuální otázky výuky chemie X. Hradec Králové: Gaudeamus, 2001.ISBN 80-7041-304-2

6. LICHVÁROVÁ, M., RŮŽIČKA, I.: Obľúbenosť vyučovacého predmetu chémia na základných školách. Acta Universitatis Belli Ser .Chem. 1999, no3, s.139-143.

7. STRAKOVÁ, J., KAŠPÁRKOVÁ, L.: Matematická a přírodovědná gramotnost v Třetím mezinárodním výzkumu matematického a přírodovědného vzdělávání (TIMSS). Praha: VÚP, 1999.

(tento příspěvek vznikl v rámci řešení a podpory projektu GAČR 406/05/0188)

Resumé

Využití chemických experimentů při integraci přírodovědných poznatků

Při integraci přírodovědných poznatků lze účinně využívat reálné experimenty. Řada průzkumů potvrzuje, že žáci na všech typech škol upřednostňují v přírodovědných předmětech praktické činnosti, experimenty. Ukázka chemických, fyzikálně-chemických, biochemických pokusů použitelných při integraci přírodovědných poznatků ve výuce chemie, biologie a fyziky.

Abstract

Using of chemical experiments for natural knowledge integration

Sciences are closely bounded together and therefore it is necessary to integrate knowledge of each area (namely physics, chemistry and biology) in the basic common education.

For combination of knowledge it is possible to make use of real experiments. The results of investigations confirm that all students prefer application of experiments in practical teaching. In the text, some examples of chemical, physico-chemical and biochemical experiments are involved. These experiments can be directly used for combination of knowledge in chemistry, biology and physics teaching.