VLOGA MIKRO EKSPERIMENTOV PRI POUKU KEMIJE

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

MAŠA MELE

VLOGA MIKRO EKSPERIMENTOV PRI POUKU KEMIJE

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

(2)

PEDAGOŠKA FAKULTETA

DVOPREDMETNI UČITELJ KEMIJA-GOSPODINJSTVO

MAŠA MELE

Mentorica: izr. prof. dr. Vesna Ferk Savec

VLOGA MIKRO EKSPERIMENTOV PRI POUKU KEMIJE DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

(3)

(4)

II ZAHVALA

Rada bi se zahvalila svoji mentorici izr. prof. dr. Vesni Ferk Savec za vso pomoč, čas in napotke pri izdelavi diplomskega dela.

Eksperimentalni del diplomske naloge je bil opravljen na Pedagoški fakulteti, zato bi se rada zahvalila tudi ge. laborantki Bernardi Urankar za vso pomoč pri pripravi kemikalij in ostalih pripomočkov za delo v laboratoriju.

Zahvaljujem se svoji družini in fantu Martinu za spodbudo in podporo v času študija.

Hvala tudi vsem ostalim, ki ste na kakršenkoli način pomagali pri izdelavi diplomske naloge.

(5)

III IZVLEČEK

V teoretičnem delu diplomske naloge je bila preučena literatura o pomenu vključevanja eksperimentalnega dela v pouk kemije, predstavljeni so pogoji za izvedbo eksperimentalnega dela, varno ravnanje s kemikalijami in skrb za pravilno odlaganje odpadnih snovi. Glavni poudarek diplomske naloge je na mikro izvedbi eksperimentalnega dela pri pouku kemije, zato je bil preučen, razvoj ideje in različne možnosti izvedbe mikro eksperimentov, vrednotene pa so bile tudi prednosti in pomanjkljivosti, ki jih prinaša v pouk kemije takšna izvedba eksperimentov.

V eksperimentalnem delu naloge so bili izbrani trije eksperimenti, ki so primerni za samostojno eksperimentalno delo učencev. Izbrani eksperimenti so bili preizkušeni in nadgrajeni v dveh izvedbah: v običajni (makro) izvedbi in mikro izvedbi. Pri tem je bil poudarek na primerjavi med izvedbama predvsem v smislu spremljanja količine porabljenih kemikalij, stroškov izvedbe, potrebnega časa za izvedbo in dostopnosti laboratorijskega inventarja (v zadostnem številu za samostojno delo učencev v parih). V skladu s cilji učnega načrta za kemijo v osnovni šoli so bile zasnovane učne priprave za učitelja in delovni list za učenca za izvedbo izbranih eksperimentov v obeh izvedbah.

Ključne besede: eksperimentalno delo, makro eksperimenti, mikro eksperimenti, določanje vitamina C, sinteza cikloheksena, dokaz nenasičenosti, sinteza aspirina

(6)

IV ABSTRACT

In the theoretical part of the thesis the literature on the importance of integration of experimental work in teaching chemistry was examined. There were presented the conditions for carrying out the experimental work, safe handling with chemicals and the concern for proper waste disposal. The main focus is put on execution of micro experimental work in teaching chemistry, and it was examined, the development of ideas and a variety of possibilities for micro experiments, evaluation of advantages and disadvantages which have been brought into teaching chemistry with performing experiments.

In the experimental part of the thesis three types of experiments were chosen, which are suitable for independant experimental work of pupils. The chosen experiments were tested and upgraded in two versions: the ordinary (macro) experimental execution and execution of micro. The focus was on the comparison between the two types of experimental work; the monitoring of the amount of used chemicals, costs of implementation, the time needed for the completition and availability of laboratory inventory (sufficient number of pupils for pair work). In accordance with the objectives of the curriculum for chemistry in primary school lesson plans for teachers and worksheets for pupils to carry out selected experiments in both versions were made.

Key words: experimental work, macroscale experiments, microscale experiments, measuring the amount of vitamin C, synthesis of cyclohexyl, testing for unsaturation, synthesis of aspirin

(7)

V Kazalo vsebine

1 UVOD ... 1

2 TEORETIČNI DEL ... 2

2.1 EKSPERIMENTALNO DELO PRI POUKU KEMIJE ... 2

2. 1.1 Eksperimentalno delo v učnih načrtih za kemijo v osnovni šoli in gimnazijah ter izbirnih predmetih ... 2

2.1.2 Raziskave o pomenu eksperimentalnega dela pri pouku kemije ... 3

2.1.3 Pogoji in omejitve pri izvedbi eksperimentalnega dela v šolah ... 5

2.1.4.1 Zagotovitev in ravnanje z ustreznimi kemikalijami ... 6

2.1.4.2 Zbiranje in odlaganje odpadnih kemikalij ... 9

2.1.5 Razvoj eksperimentalnega dela v mikro izvedbi ... 9

3 EKSPERIMENTALNI DEL ... 12

3.1 Metode dela ... 13

3.2 Izvedba in optimizacija izbranih eksperimentov ... 13

3.2.1 Eksperiment: Določanje vitamina C v sadnih sokovih ... 13

3.2.2 Eksperiment: Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti ... 17

3.2.3 Eksperiment: Sinteza aspirina ... 23

3.3 Vrednotenje zastavljenih hipotez... 26

4 SKLEP ... 28

5 LITERATURA ... 29

(8)

VI Kazalo slik

Slika 1: Kemijski laboratorij nekoč, (Gardham, 2001) ... 1

Slika 2: Označevanje nevarnih kemikalij, (Kemijska varnost živil in predmetov splošne uporabe, 2010) ... 8

Slika 3: Kovček s steklovino za izvedbo mikro eksperimentov (Kimble Chase Microscale Set, 2015) 10 Slika 4: Slika aparature za izvedbo mikro titracije ... 17

Slika 5: Skica aparature za mikro sintezo cikloheksena (Brouwer in Vrtačnik, 1995) ... 22

Slika 6: Skica aparature za makro sintezo cikloheksena, (Williamson in Masters, 2011). ... 22

Slika 7: Buchnerjev lij s presesalno bučo, (Hren in Žohar, 2014) ... 26

Kazalo tabel Tabela 1: Primeri najnevarnejših nekompatibilnih snovi, (Porekar Kacarufa, 2015) ... 7

Tabela 2: Prikaz uporabe reagentov pri makro in mikro eksperimentu... 14

Tabela 3: Piktogrami za posamezne reagente ... 15

Tabela 4: Čas mikro in makro izvedbe eksperimenta... 15

Tabela 5: Izračunana poraba stroškov za eno izvedbo makro in mikro eksperimenta ... 16

Tabela 6: Reagenti, ki so uporabljeni pri mikro in makro izvedbi ... 18

Tabela 7: Piktogrami za posamezne reagente ... 19

Tabela 8: Čas mikro in makro izvedbe eksperimenta... 20

Tabela 9: Cene nekaterih uporabljenih kemikalij za mikro in makro izvedbo eksperimenta, (Mikro+Polo, 2013) ... 20

Tabela 10: Izračunana poraba stroškov za izvedbo mikro in makro eksperimenta ... 21

Tabela 11: Poraba količine reagentov pri izvedbi mikro in makro eksperimenta ... 23

Tabela 12: Piktogrami za nevarnosti posameznih reagentov ... 24

Tabela 13: Čas izvedbe mikro in makro eksperimenta ... 24

Tabela 14: Dobavna cena za salicilno kislino ... 25

Tabela 15: Primerjava cenovnih stroškov pri izvedbi mikro in makro eksperimenta ... 25

(9)

(10)

1

1 UVOD

Kemija je eksperimentalna znanost. Vsa teoretična spoznanja, ki jih poznamo danes izhajajo iz praktičnega dela vztrajnih znanstvenikov (Bradley, 1999). Pomembna prelomnica na področju eksperimentalnega dela sega v leto 1807, ko je Thomas Thomson na edinburški univerzi ustanovil kemijski laboratorij. Podobne ideje so se razširile tudi drugod po univerzah in čez čas je bilo eksperimentalno delo poleg raziskovalcem dovoljeno izvajati tudi študentom in drugim (Reid in Shah, 2007).

Eksperimentalno delo je preteklost, sedanjost in prihodnost poučevanja kemije na vseh nivojih izobraževanja (Reid in Shah, 2007). V skladu z veljavnimi učnimi načrti za kemijo (Bačnik idr, 2008, 2011) ima eksperimentalno delo pri pouku osrednjo vlogo v osnovni in srednji šoli. Zaradi številnih prednosti, ki jih nudi eksperimentalno delo v mikro izvedbi, pa je vse več zanimanja tudi za mikro eksperimente.

Slika 1: Kemijski laboratorij nekoč, (Gardham, 2001)

(11)

2

2 TEORETIČNI DEL

2.1 EKSPERIMENTALNO DELO PRI POUKU KEMIJE

Pojem eksperiment je v Slovarju slovenskega knjižnega jezika pojasnjen kot znanstveni postopek, ki raziskuje in preverja pojav, zakonitost v natanko določenih in ponovljivih okoliščinah (Pelko, 2012). Eksperimentalno delo ima pri pouku pomembno vlogo, saj učenci spoznavajo kemijske pojme in zakonitosti na podlagi eksperimentalnih opažanj kot vir primarnih podatkov (Bačnik idr, 2011). V šoli uporabljamo različne oblike eksperimentalnega dela, med učitelji so najbolj priljubljeni demonstracijski eksperimenti, skupinsko in individualno delo učencev (Wissiak in Glažar, 2001). Pri demonstracijskem eksperimentu največ dela opravi učitelj sam. Namen tega eksperimenta pa je lahko različen. Lahko ga uporabimo kot uvodni ali motivacijski eksperiment ali na samem uvodu pri obravnavi nove snovi kot osnovo za obravnavo prihajajoče snovi. Velikokrat pa eksperimente uporabimo za izpeljavo in preverjanje trditev, zakonitosti (Pelko, 2012).

2. 1.1 Eksperimentalno delo v učnih načrtih za kemijo v osnovni šoli in gimnazijah ter izbirnih predmetih

Eksperimentalno delo ima v skladu z učnimi načrti za kemijo v osnovni šoli in gimnaziji pri pouku kemije osrednjo vlogo in v sklopu splošnih učnih ciljev predvideva (Bačnik idr, UN, 2008, str. 6, 2011, str. 5): (1) navajanje na izbiro in uporabo primerne in varne opreme, (2) opredelitev dejavnikov poskusov (eksperimentov); razlikovanje med konstantami in spremenljivkami ter poznavanjem kontrolnih (referenčnih) poskusov, (3) presoja zanesljivosti pridobljenih rezultatov, (4) navajanje na argumentirano sklepanje pri predstavitvi.

Eksperimentalno delo ima pri pouku pomembno vlogo, saj učenci spoznavajo kemijske pojme in zakonitosti na podlagi eksperimentalnih opažanj, kot vir primarnih podatkov (Bačnik idr, 2011).

Pri izbirnih predmetih, Poskusi v kemiji, Kemija v okolju in Kemija v življenju so pod splošnimi cilji predmeta uvrščeni tudi cilji, ki opredeljujejo, da učenci (Bačnik idr, 2005, str.

6): (1) razvijajo spretnosti in veščine za varno in učinkovito delo s snovmi, eksperimentiranje in raziskovanje, (2) se seznanijo z raznolikimi vidiki dela v kemijskem laboratoriju, (3) se urijo v osnovnih tehnikah in operacijah laboratorijskega (in terenskega) eksperimentalnega

(12)

3

dela, (4) usvojijo postopke eksperimentiranja (raziskovalnega) dela: od načrtovanja do izvajanja eksperimentov, opazovanja, zbiranja, beleženja, razvrščanja, analize in predstavitve podatkov (procesiranje podatkov), postavljanje zaključkov in ocenitev smiselnosti rezultatov in zaključkov ter njihovo povezovanje s teorijo in življenjskim okoljem.

2.1.2 Raziskave o pomenu eksperimentalnega dela pri pouku kemije

Eksperimentalno delo pri pouku kemije je potrebno z vidika razvoja naravoslovnih kompetenc. Namen in cilj eksperimentalnega dela je dosežen takrat, ko so učenci sposobni spreminjati lastne predstave in zmožni postati dovolj kritični, da lahko povezujejo nova spoznanja z že znanim (Janežič, 2011). Večina učiteljev meni, da izvajanje eksperimentalnega dela pripomore in dopolnjuje poučevanje kemije. Eksperimentalno delo je naravnano tako, da učence spodbuja k razumevanju naravnih zakonitosti. Učencem delo v laboratoriju omogoča razvijanje razumevanja, da kemija kot naravoslovna veda, ne predvideva učenja dejstev na pamet, ampak je veda, kjer s pomočjo eksperimentiranja odkrivajo povezave in načine za razlago kemijskih pojmov in sveta okoli nas (Logar in Ferk Savec, 2011).

S pomočjo kemijskih poskusov učenci razvijajo opazovalne sposobnosti, spremenijo pogled in način razmišljanja, naučijo se sistematično zbirati rezultate, jih ovrednotiti, analizirati, ter podati ugotovitve, ki temeljijo na empiričnih rezultatih (Janežič, 2011). Tudi Josephsen (2003) trdi, da je eksperimentalno delo pomembno, saj učenci, dijaki, študentje in drugi, ki imajo stik z eksperimentalnim delom veliko bolje identificirajo probleme, ki jim jih dodeli učitelj ali ko le-ti nastanejo pri samem delu. Pri njih se pojavi tudi večji potencial samostojnega oblikovanja strategije za reševanje problemskih nalog. Učenje s pomočjo eksperimentalnega dela je lažje, saj se teorija usklajuje s praktičnim delom, poleg tega pa učenci razvijajo svoje ročne spretnosti. Z uvajanjem eksperimentalnega dela v šole učencem ponudimo način »znanstvenega razmišljanja«, osebnostni razvoj in zanimanje za naravoslovne predmete (Josephsen, 2003).

Izvedena je bila raziskava, (Killerman, 1996) v kateri so učence razdelili v tri skupine, namen te raziskave je bil ugotoviti, kateri pristop vključevanja, eksperimentalnega dela v pouk je najbolj uspešen in si z njim zagotovimo boljše razumevanje učne snovi. V vseh treh skupinah so bili učna snov in učni cilji enaki, različen je bil le pristop poučevanja in učenja. V prvi skupini so učenci dobili nalogo, da eksperiment izvajajo sami. V drugi skupini so učenci opazovali demonstracijski eksperiment, ki ga je izvajal učitelj, tretja skupina učencev pa je

(13)

4

poslušala samo razlago in dejstva. Rezultati raziskave so pokazali, da je najmanj znanja usvojila tretja skupina, ki ni ne videla ne izvajala eksperimenta. Učenci iz druge skupine so pokazali veliko pridobljenega znanja, poleg tega pa so probleme reševali bolje kot drugi učenci. Rezultat prve skupine pa se je kazal v velikem navdušenju učencev nad samo učno snovjo, opaziti je bilo tudi, da so bili učenci bolj motivirani za delo pri pouku (Logar in Ferk Savec, 2011).

Raziskovanje Režek Donev (2000) je potrdilo, da je za učence v osnovni šoli za boljše razumevanje snovi ključen demonstracijski eksperiment, medtem ko je za dijake pomembno samostojno delo v laboratoriju. Tudi v drugih raziskavah se je potrdilo, da se pri pouku bolje izkaže demonstracijski eksperiment (Logar in Ferk Savec, 2011).

Logar in Ferk Savec (2011) sta prišli do zaključkov, da učenci, ki morajo hkrati opazovati in izpolnjevati delovni list, težje dojemajo in spremljajo dogajanja samega poteka eksperimenta, a po drugi strani se učenci tako lažje znajdejo, kaj natančno morajo opazovati. Ugotovili sta, da so učenci, ki so spremljali demonstracijski eksperiment na testu znanja izkazali boljše rezultate kot devetošolci, ki so sami izvajali eksperiment. V intervjujih pridobljeno mnenje učencev potrjuje, da so demonstracijski eksperimenti dobro sprejeti v razredu, saj jim daje občutek varnosti in prepričanja, da bo poskus dobro in pravilno izveden. Učenci so povedali, da sami izvajajo eksperimentalno delo, ker jim je to preprosto všeč. Za nekatere učence pa je zelo moteče, če so v paru z nekom, ki ga kemija ne zanima in ima šibko predznanje, takrat je možnost tudi nesodelovanje pri izvajanju eksperimenta, pojavijo pa se tudi dvomi o pravilni izvedbi eksperimenta ter o dobljenih rezultatih. Večina učencev je menila, da se veliko več naučijo, če eksperiment izvajajo sami kot pa da ga opazujejo. Zanimivo pa je, da primerjava mnenj učencev z njihovimi dosežki kaže ravno obratno. Učenci, ki so opazovali demonstracijski eksperiment so veliko bolje reševali test znanja; tako gre sklepati, da učenci, ki opazujejo eksperiment ali ga izvajajo sami, pridobijo več znanja in ga uspešno procesirajo v svoj delovni spomin kot skupina, ki ni imela te možnosti (Logar in Ferk Savec, 2011).

Skupina raziskovalcev iz Pakistana (Safraz in Bukhari, 2011) je s študenti na Univerzi Federal Government Boys Model School prišla do podobnih ugotovitev kot Logar in Ferk Savec. Tudi pri tej raziskavi je poskus potekal identično, študentje v eksperimentalni skupini so izkusili eksperimentalno delo z razlago poskusa, tisti v kontrolni skupini pa ne.

Raziskovalci so pričakovali, da po izvedeni raziskavi ne bo večjih razlik med doseženimi rezultati na preizkusu znanja ene in druge skupine. Rezultati so pokazali drugačen izid,

(14)

5

razvidno je da je eksperimentalna skupina dosegla boljše rezultate pri opravljanju testa kot kontrolna skupina (Safraz in Bukhari, 2011).

Povzamemo lahko, da je eksperimentalno delo pri pouku kemije nepogrešljivo in ima pomembno vlogo v šolski praksi. Za učitelje in učence predstavlja nekakšen rešilni most, kjer učitelju uspe pokazati pomen znanja kemije v povezavi z izkušnjami učencev iz življenja, kakor tudi pomen razvoja znanosti za širši družbeni napredek.

2.1.3 Pogoji in omejitve pri izvedbi eksperimentalnega dela v šolah

Eksperimentalno delo v osnovni šoli je pomembno tako za učence kot za učitelja. Vpeljava in priprava eksperimentov pa se lahko zaustavi pri praktični izvedbi v šolski praksi, saj se učitelj pri načrtovanju eksperimentalnega dela z učenci srečuje z najrazličnejšimi težavami. Po navedbah (Abdullah, Mohamed in Ismail, 2005) je pogosta ovira pri izvajanju eksperimentalnega dela šolski prostor, ki ni dovolj velik. Starejše osnovne šole v svojih načrtih niso imele predvidenega laboratorija, zato eksperimentalno delo poteka kar v razredu.

Zaradi prenatrpanosti števila učencev v razredu kemijski eksperimenti potekajo v skupinah po štiri ali pet učencev. Po Abullah idr. (2005) prostor ni edini dejavnik, ki prisili učitelja, da učence razdeli za delo po skupinah, ampak tudi razpoložljiva laboratorijska oprema. Študij primera (Sharifah in Lewin v Abullah idr, 2005) jasno dokaže, da so na posameznih šolah količine laboratorijskega inventarja omejene. Prav tako se v raziskavi Abdullah idr. (2005) izkaže, da je tudi za učitelje velika obremenitev, če bi pripravljali eksperimentalne vaje za delo v paru, veliko več časa porabijo za pripravljanje kemikalij in steklovine, zato tudi učitelji dajejo prednost skupinskemu delu.

Delo učencev v skupinah zmanjša tudi porabo kemikalij in nastalih odpadnih snovi, vse to pa se povezuje tudi s finančnimi možnostmi z strani šole, zato se le-te že poslužujejo eksperimentalnega dela v mikro izvedbah (angl. microscale experiments). Eksperimenti v mikro izvedbah so dobrodošli, saj je njihova izvedba običajno krajša od tradicionalne izvedbe.

Tako pridobimo na času za podrobnejšo razlago, učenci pa pridobijo priložnost postavljanja vprašanj (Abdullah idr, 2005).

Učitelj mora za nemoteno izvedbo eksperimentalnega dela poskrbeti in zasnovati aktivnosti, s katerimi bodo učenci dosegali cilje, ki so v skladu z učnim načrtom, natančno mora opredeliti potek eksperimentalnih aktivnostih z jasnimi navodili, vse skupaj pa mora učencem prikazati,

(15)

6

v povezanem kontekstu z učno snovjo. Zaključni del, kjer sledi poročanje in diskusija o rezultatih, je nepogrešljiv del eksperimentalnega dela (Janežič, 2011). Delo v skupini doprinese tudi nevšečnosti, saj so eksperimenti za osnovno šolo poenostavljeni in je delo, ki ga opravlja skupina, delo, ki bi ga lahko opravljal posameznik. Zgodi se, da med eksperimentalnim delom učenci ne sodelujejo, se dolgočasijo in počnejo druge stvari (Abdullah idr, 2005).

Kemijska varnost v osnovni šoli je eden izmed ključnih pogojev za izvajanje eksperimentalnega dela. Učitelj mora učence pred začetkom dela seznaniti z varnim delom v laboratoriju, opozarjati jih mora na uporabo zaščitnih očal, rokavih in delovne obleke (Bačnik idr, 2011).

Težave se pojavijo tudi pri opazovanju eksperimentov, saj učenci ne razumejo samega bistva eksperimenta brez razlage učitelja (Janežič, 2011). Tasker in Freyberg (1985) ter Mulhall, Gunstone in Loughran (1999) so ugotovili, da učenci težko uskladijo in razumejo povezavo med tremi ravnimi predstavitve kemijskih pojmov in procesov, ki jih je potrebno uspešno povezovati v procesu eksperimentalnega dela, in sicer med makroskopsko ravnijo (izvedba in opazovanje eksperimentalnega dela), submikroskopsko ravnijo (razlago in razumevanjem dogajanja na ravni delcev) in simbolnim zapisom (zapis urejene kemijske reakcije) (Daniel, 2009 po Schauble, Klopfer, Raghavan, 1991). Daniel idr. (2009) poudarjajo, da so učenci, ki izvajajo eksperiment po vnaprej napisanih navodilih skozi celoten potek eksperimentalnega dela, bolj osredotočeni na končni pravilen rezultat in ne na opazovanje, kaj se je zgodilo, kakšne so spremembe pri samem eksperimentu (Daniel, idr, 2009), kar kaže, da je zelo pomembno pri učitelju kemije razvijati zavedanje o pomenu ustreznega vodenja izvedbe eksperimentalnega dela učencev, da bi pri njih dosegli želen napredek.

2.1.4.1 Zagotovitev in ravnanje z ustreznimi kemikalijami

Eksperimentalno delo vključuje delo z različnimi, med drugim tudi nevarnimi kemikalijami.

V primeru, kjer moramo za izvedbo eksperimenta uporabiti nevarne kemikalije, se ta eksperiment izvede demonstracijsko. Na ta način preprečimo stik učencev z nevarnimi kemikalijami in zagotovimo ustrezno varnost pouka. Praviloma je eksperimentalno delo izvedeno kar v kemijski učilnici, le redko je na osnovnih šolah na razpolago tudi laboratorij.

Učitelj kemije mora poskrbeti za nabavo ustreznih kemikalij, te pa hrani v kemijskem kabinetu (v skladu s predpisi) v ognjevarnih omarah, kjer je ustrezno poskrbljeno za njihovo

(16)

7

varno skladiščenje. Z ustreznimi ukrepi tako učitelj kemije ohranja varno skladiščenje nevarnih kemikalij in odpadnih snovi (Zavod Republike Slovenije za zaposlovanje 2015).

Neustrezna raba in nepravilno ravnanje s kemikalijami lahko privedeta do različnih izpostavljenosti ali nevarnosti. Šömen Joksič (2015, str. 2) z NIJZ je kemijsko varnost definirala tako: »Kemijska varnost je stanje, ko kemikalije ne povzročajo neobvladljivega tveganja za zdravje okolja in ljudi. Kemijsko varnost je možno zagotoviti z ustreznim ravnanjem s kemikalijami, predvsem z nevarnimi kemikalijami in izdelki, ki vsebujejo nevarne kemikalije vključno z njihovimi odpadki.« (Nacionalni inštitut za javno zdravje, 2015).

Učitelj mora zato pri pouku kemije poskrbeti za brezhibno kemijsko varnost. Pri eksperimentalnem delu mora učitelj in tudi učenci na vsakem koraku upoštevati navodila za varno delo z nevarnimi snovmi. Jasna morajo biti vedenja, kako ravnamo z nevarnimi kemikalijami (rokovanje, shranjevanje in uničevanje) in kako kemikalije v določenih okoliščinah v primeru mešanja reagirajo. V spodnji tabeli je na primerih ponazorjeno, kaj vse moramo vedeti in upoštevati pri uporabi posameznih kemikalij (Porekar Kacafura, 2015).

Tabela 1: Primeri najnevarnejših nekompatibilnih snovi, (Porekar Kacarufa, 2015)

Zakon o kemikalijah (UL RS št 36/99) ureja postopke in zahteve prijavljanja novih snovi ter skrbi za vodenje seznama in izmenjave o kemikalijah. Zakon tudi omogoča kontrolo nevarnih snovi. Med nevarne snovi pa štejemo eksplozivne kemikalije, oksidativne kemikalije, zelo lahko vnetljive kemikalije, lahko vnetljive kemikalije, vnetljive kemikalije, zelo strupene kemikalije, strupene kemikalije, zdravju škodljive kemikalije, jedke kemikalije, dražilne

(17)

8

kemikalije, rakotvorne kemikalije, mutagene kemikalije. Kemikalije so dostopne le, če so originalno zapakirane in označene z ustrezno stopnjo nevarnosti kemikalije (Porekar Kacafura, 2015).

Ustrezno stopnjo nevarnosti kemikalije mora učitelj pred samim začetkom eksperimentalnega dela tudi predstaviti in učencem podati navodila, kako naj rokujejo s snovmi, ki so lahko škodljive zdravju. V učilnicah se pogosto nahajajo plakati, ki učence opozarjajo na H (hazards ali stavki o nevarnosti) in P (precautions ali previdnostni stavki) stavke. Prej omenjeni stavki se morajo nahajati tudi na embalaži, v kateri je kemikalija shranjena (Porekar Kacafura, 2015).

Slika 2: Označevanje nevarnih kemikalij, (Kemijska varnost živil in predmetov splošne uporabe, 2010)

(18)

9 2.1.4.2 Zbiranje in odlaganje odpadnih kemikalij

Po končanem eksperimentalnem delu učitelj kemije učence usmerja, da v pripravljene posode ločeno zberejo vse odpadne snovi, nato pa poskrbi za njihovo varno odstranjevanje. Na splošno za odstranjevanje kemijskih odpadkov iz laboratorija veljajo enaki predpisi kot za kemične odpadke v industriji pri čemer je potrebno upoštevati navodila na varnostnih listih posameznih kemikalij (Williamson in Masters, 2011).

2.1.5 Razvoj eksperimentalnega dela v mikro izvedbi

Pred letom 1996 se je eksperimentalno delo običajno izvajalo le v tradicionalni izvedbi, kjer so količine uporabljenih kemikalij merljive v gramih in mililitrih. Zaradi velike količine odpadkov, ki je nastala ob vsakem eksperimentalnem delu, je prišlo do pobude za izvedbo eksperimentalnega dela v šolskih laboratorijih v t.i. mikro izvedbi. Leta 1997 so tako skupaj s 110 študenti uspešno optimizirali 40 mikro eksperimentov, primernih za uporabo v šolski praksi (Centrum för Analys och Syntes, 2015).

V želji po optimizaciji izvedbe šolskega eksperimentalnega dela z vidika zmanjšanja stroškov, manjšega obremenjevanja okolja, skrajšanja časa eksperimentalnega dela so se tudi drugod v svetu in pri nas pričeli razvijati mikro eksperimenti.

Zagovorniki mikro eksperimentov kot glavne prednosti navajajo (Gibson, 2015):

(1) mikro eksperimenti so lahko izvedeni v krajšem času v primerjavi z enakimi poskusi v makro merilu, vseeno pa je ob tem omogočena vsem učencem neposredna izkušnja.

(2) Mikro eksperimentiranje je okolju prijazno eksperimentiranje, saj uporabimo minimalno količino reagentov in s tem posledično proizvedemo tudi manj odpadnih snovi, ki bi bile lahko nevarne za okolje.

(3) Pri mikro eksperimentiranju so tako kemikalije kot uporaba laboratorijskega inventarja zreducirane na zelo majhne količine, da ne moremo govorili v mililitrih ampak v kapljicah, zato so stroški eksperimentalnega dela bistveno manjši.

(4) Mikro eksperimenti so izvedeni v krajšem času in smo tako manj časa v stiku s toksičnimi oziroma nevarnimi kemikalijami.

5) Učencem mikroeksperimentiranje omogoča možnost razvijanja ročnih spretnosti.

(19)

10

Prav tako je v literaturi zaslediti slabosti eksperimentalnega dela v mikro izvedi (Gibson, 2014):

(1) Učenci niso dovolj spretni za izvajanje mikro eksperimentov.

(2) Mikroeksperimentiranje učencem ne omogoča rokovanja z standardno opremo, ki jo uporabljamo v laboratoriju.

(3) Učenje laboratorijskih ročnih spretnosti na mikro eksperimentih je mnogo težje usvojiti, kot učenje na makro eksperimentih.

Za namen optimalne izvedbe mikro eksperimentov so razvili tudi posebno laboratorijsko opremo, ki jo uporabljamo za izvajanje mikro eksperimentov (slika 3).

Slika 3: Kovček s steklovino za izvedbo mikro eksperimentov, (Kimble Chase Microscale Set, 2015)

Katero steklovino in pripomočke bomo uporabljali, pa je odvisno od izbranega eksperimenta.

Zelo dobro poznani poskusi v osnovnih šolah so poskusi v kapljicah. Potrebščine, ki jih potrebujemo za izvajanje takih poskusov, so na sliki 4, to so plastične brizge, petrijevke s pokrovom, plastične reagenčne stekleničke s kapalnim nastavkom, steklene ploščice (Vrtačnik, 2011).

(20)

11

Slika 4: Laboratorijska oprema za izvajanje poskusov v kapljicah, (Vrtačnik, 2011).

Mallory (1990) poudarja, da morata oba načina, mikro in makro izvedbe, biti vključena v sam proces poučevanja, saj meni da učencem na ta način omogoča rokovanje s standardno opremo, kot z opremo za mikro eksperimentiranje. S tem jih skuša naučiti in pripraviti za samostojno eksperimentiranje v nadaljnjem izobraževanju. Učenci se prilagajajo novim izboljšavam in kaj hitro usvojijo tudi tehniko mikro eksperimentiranja, ki zahteva koncentracijo, natančnost in predanost (Andrews, 1990).

(21)

12

3 EKSPERIMENTALNI DEL

Eksperimentalni del diplomske naloge sem opravljala v laboratoriju Pedagoške fakultete v Ljubljani.

Na osnovi študija literature in učnega načrta za kemijo (Bačnik idr., 2011) so bili izbrani trije eksperimenti, ki jih lahko v povezavi z izkušnjami učencev iz vsakdanjega življenja vključimo v izvedbo pouka kemije v osnovni šoli. Cilj eksperimentalnega dela diplomske naloge je bil razviti in optimizirati izbrane eksperimente za delo v šoli, ter zasnovati učne priprave za učitelja ter delovne liste za učenca, v skladu s cilji učnega načrta za kemijo v osnovni šoli.

Za potrditev oziroma zavrnitev ob izvedbi eksperimentalnega dela so bile zastavljene naslednje hipoteze:

 1. Hipoteza: Na vsebinskem področju organske kemije je ob upoštevanju ciljev učnega načrta za kemijo v OŠ možno tradicionalno izvedbo nekaterih eksperimentov nadomestiti z mikro eksperimenti.

 2. Hipoteza: Stroški izvedbe izbranih mikro eksperimentov so v primerjavi s tradicionalno izvedbo nižji.

 3. Hipoteza: Čas izvedbe izbranih mikro eksperimentov je v primerjavi s tradicionalno izvedbo krajši.

 4. Hipoteza: Za izvedbo izbranih mikro eksperimentov je lažje zagotoviti dostopnost laboratorijskega inventarja (v zadostnem številu za samostojno delo učencev v parih) kot za izvedbo makro eksperimentov.

(22)

13 3.1 Metode dela

Izbrani, preizkušeni in optimizirani so bili naslednji eksperimenti:

 Določanje vitamina C v sadnih sokovih (prilagojeno po: Skinner (1998)- Mladi za napredek Maribora (2012)).

 Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti (prilagojeno po: Williamson in Masters (2011).- Zupančič Brouwer inVrtačnik, (1991)).

 Sinteza aspirina (prilagojeno po: Knez in Novak (2010) – Williamson in Masters (2011)).

Pri izvedbi in primerjavi izbranih eksperimentov v makro in mikro izvedbi so bili spremljani naslednji dejavniki:

 poraba količine reagentov v izvedbi mikro in makro eksperimentov,

 čas izvedbe mikro in makro eksperimentov,

 stroški izvedbe mikro in makro eksperimentov,

 dostopnost laboratorijskega inventarja (v zadostnem številu za samostojno delo učencev v parih) za izvajanje mikro in makro eksperimentov.

3.2 Izvedba in optimizacija izbranih eksperimentov

3.2.1 Eksperiment: Določanje vitamina C v sadnih sokovih

Eksperiment Določanje vitamina C v sadnih sokovih je primeren za osnovno šolo. Poskus lahko izvajamo pri vsebinskem sklopu Kisline, baze in soli pod predlagano vsebino Kisline in baze v okolju.

Za namen izvedbe eksperimentalnega dela v makro in mikro izvedbi sta bila izdelana delovna lista (priloga 1.1.1 in priloga 1.2.2) Določanje vitamina C v sadnih sokovih, ki vsebujeta teoretični uvod, cilje, ki jih bodo učenci skušali doseči, nalogo in potek dela za izvedbo vaje.

Na koncu delovnega lista je predvideno, da morajo učenci zapisati zbrane rezultate in odgovoriti na zastavljena vprašanja. Navodila za učiteljevo pripravo in obe izvedbi so zbrani v Učiteljevi pripravi (priloga 1.1.2 in priloga 1.2.1).

(23)

14 Primerjava makro in mikro izvedbe

 Poraba količine reagentov pri izvedbi mikro in makro eksperimentov

Iz tabele 2 je razvidno, da zaradi različnega postopka določanja vitamina C pri makro in mikro izvedbi v primeru makro eksperimenta uporabimo manj reagentov kot pri mikro izvedbi. Prav tako so količine porabljenih reagentov v primeru mikro izvedbe manjše kot pri makro izvedbi. Pomembno je tudi, da se pri mikro izvedbi v primerjavi z makro izvedbo eksperimentalnega dela uporabi manjše število, kakor tudi bistveno manjša količina snovi z nevarnimi lastnostmi (tabela 3). Majhne količine pri mikro izvedbi tako predstavljajo manj nevarnosti, zato je eksperiment z vidika varnosti primernejši za samostojno izvedbo učencev, kako tudi manj obremenjujoč za okolje z vidika nastalih odpadnih produktov.

Tabela 2: Prikaz uporabe reagentov pri makro in mikro eksperimentu

Določanje vitamina C v sadnih sokovih – MAKRO

EKSPERIMENT

Določanje vitamina C v sadnih sokovih – MIKRO

EKSPERIMENT KOLIČINA

REAGENTOV IN

SUBSTRATOV ZA IZVEDBO ENE

TITRACIJE

5 mL sadnega soka 150 mL destilirane vode

5 mL 10% ocetne kisline, CH3COOH 200 mg 2-6 diklorofenol-indofenola

1 mL sadnega soka

2mL 0,001M raztopina kalijevega jodata, KIO3 (aq)

3 mL 0,005M raztopina kalijevega jodida, KI(aq)

3 kapljice koncentrirane žveplove kisline, H2SO4(aq)

nekaj kapljic škroba 0,62 g natrijevega tiosulfata Na2S2O3x5H20 (aq).

(24)

15 Tabela 3: Piktogrami za posamezne reagente

Določanje vitamina C v sadnih sokovih – MAKRO EKSPERIMENT

Določanje vitamina C v sadnih sokovih – MIKRO EKSPERIMENT

Reagenti Piktogrami Reagenti Piktogrami

2-6

diklorofenol- indofenola

https://www.caymanchem.com/msdss/700942 m.pdf

žveplova kislina, H2SO4(aq)

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A0655_sl_SI.pdf

ocetna kislina, CH3COOH

https://www.applichem.com/fileadmin/datenbla etter/A0820_sl_SI.pdf

raztopina kalijevega jodata, KIO3

(aq)

http://www.labchem.com/tools/msds/msds/LC19590.pdf

 Čas izvedbe mikro in makro eksperimentov

Priprava reagentov pri mikro izvedbi eksperimenta je daljša, saj je potrebno pripraviti več reagentov. Za pripravo reagentov pri makro izvedbi porabimo 15 min časa, za mikro 30 minut. Največ časa zavzame v obeh primerih sestavljanje aparature in priprava sokov.

Izvedba eksperimentov je krajša v primeru mikro izvedbe, ker titracija zaradi uporabe manjših količin vzorca poteka hitreje. Eksperimentalno delo v mikro izvedbi se izvede v 20 minutah, medtem ko v makro izvedbi traja 35 minut.

Tabela 4: Čas mikro in makro izvedbe eksperimenta

EKSPERIMENT ČAS MIKRO IZVEDBE

[min]

ČAS MAKRO IZVEDBE [min]

Določanje vitamina C v sadnih sokovih

20 35

(25)

16

 Stroški izvedbe mikro in makro eksperimentov

Cena posameznih reagentov vpliva na možnost nakupa kemikalij za vključitev v pouk kemije.

Iz količine porabljenih kemikalij prikazanih v tabeli 2 je sklepati, da je cenovno bolj ugodna izvedba mikro eksperimenta, kar potrdi izračun v tabeli 5.

Tabela 5: Izračunana poraba stroškov za eno izvedbo makro in mikro eksperimenta

MAKRO IZVEDBA MIKRO IZVEDBA

Kemikalija Količina Cena, € Količina Cena, €

Natrijevega tiosulfata,

Na2SO4x5H2O(s)

/ / 0,62mg 0,034

Raztopina kalijevega jodida, KI(aq)

/ / 1mL 0,59

Žveplova kislina, H2SO4(aq)

/ / 3 kapljice ̴

1mL

0,0064

Raztopina kalijevega jodata, KIO3 (aq)

/ / 1mL 0,59

2-6 diklorofenol- indofenola

200mg 6,02 / /

Ocetna kislina, CH3COOH

5mL 0,041 / 0,041

SEŠTEVEK STROŠKOV

6,043 1,22

 Dostopnost laboratorijskega inventarja za izvajanje mikro in makro eksperimentov

Pripomočki za izvedbo so preprosti in domnevno z njimi razpolaga vsak laboratorij. V mikro primeru je prilagojena titracijska aparatura na sliki 4. Mikro titracijska aparatura je sestavljena iz stojala, dveh lesenih ščipalk, dveh gumijastih cevk, injekcijsko brizgo velikosti 5cm³ in polnilno pipeto.

(26)

17

Slika 4: Slika aparature za izvedbo mikro titracije

Pri makro izvedbi je bila uporabljena običajna aparatura za titriranje. Ostali pripomočki so stojalo, prižema, mufa in bireta. Ostali inventar predstavljajo čaše, merilni valji, tehtnica, erlenmajerica…

Z vidika dostopnosti morda vsi šolski laboratoriji ne razpolagajo z zadostnim številom biret za izvedbo makro eksperimenta učencev v parih, zato privzamemo, da je za mikro izvedbo, ki zahteva preprostejši inventar, v šolski praksi lažje zagotoviti.

3.2.2 Eksperiment: Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti

Eksperiment Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti je primeren za osnovno šolo.

Vključimo ga lahko v vsebinski sklop Družina ogljikovodikov s polimeri ali v vsebinski sklop Kisikova družina organskih spojin.

Za namen izvedbe eksperimentalnega dela v makro in mikro izvedbi sta bila izdelana delovna lista (priloga 2.1.2 in priloga 2.2.2 ) Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti, ki vsebujeta teoretični uvod, cilje, ki jih bodo učenci skušali doseči, nalogo in potek dela za izvedbo vaje. Na koncu delovnega lista je predvideno, da morajo učenci zapisati zbrane rezultate in odgovoriti na zastavljena vprašanja. Navodila za učiteljevo pripravo in obe izvedbi so zbrani v Učiteljevi pripravi (priloga 2.1.1 in priloga 2.2.1).

5 cm³ injekcijska brizga Gumijasta cevka

2 cm³ polnilna pipeta

Čaša z raztopino

(27)

18 Primerjava makro in mikro izvedbe

 Poraba količine reagentov v primeru mikro in makro eksperimentov

V skladu s pričakovanji je iz tabele 6 možno razbrati, da je porabljena količina reagentov pri makro izvedbi večja kot pri mikro izvedbi. Število uporabljenih reagentov je v primeru makro izvedbe za dve večje kot v primeru mikro izvedbe, saj je mikro izvedba eksperimentalnega dela nekoliko poenostavljena. Bistvena razlika v količini porabljenih kemikalij se pokaže predvsem pri porabi cikloheksanola (v primeru makro izvedbe za 19mL večja kot v primeru mikro izvedbe) ter toluena (pri izvedbi makro eksperimenta uporabimo veliko količino 20mL toluena), ki pri mikro izvedbi ni potreben. Pomembno je tudi, da se pri mikro izvedbi v primerjavi z makro izvedbo eksperimentalnega dela celokupno uporabi bistveno manjša količina snovi z nevarnimi lastnostmi (tabela 7). Majhne količine pri mikro izvedbi tako predstavljajo manj nevarnosti in boljšo primernost za samostojno izvedbo učencev ter manj obremenitve za okolje z vidika nastalih produktov.

Tabela 6: Reagenti, ki so uporabljeni pri mikro in makro izvedbi

Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti-

MAKRO IZVEDBA

Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti-

MIKRO IZVEDBA KOLIČINA REAGENTOV

IN SUBSTRATOV ZA

IZVEDBO ENE

DESTILACIJE

21,3mL cikloheksanola, C₆H₁₀O,

4mL koncentrirane žveplove kisline, H2SO4(aq),

3mL destilirane vode, 20mL toluena, C6H5CH3,

nasičena raztopina natrijevega klorida, NaCl(aq),

5g brezvodnega natrijevega sulfata, Na2SO4(s),

2mL diklorometana, CH2Cl2,

nekaj kapljic raztopine broma v diklorometanu, Br/CH2Cl2.

2mL cikloheksanola C₆H₁₀O, 0,5mL žveplove kisline H2SO4(aq),

2mL diklorometana, CH2Cl2,

0,5mL natrijevega hidroksida, NaOH(aq),

nekaj kapljic raztopine broma v diklorometanu, Br/CH2Cl2.

(28)

19 Tabela 7: Piktogrami za posamezne reagente

Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti-MAKRO IZVEDBA

Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti-MIKRO IZVEDBA

Cikloheksanol, C6H10O

Brom, Br2(l)

Diklorometan, CH2Cl2

Toluen, C6H5CH3

Natrijev hidroksid, NaOH(aq)

(29)

20

Priprava reagentov v primeru makro izvedbe zavzame več časa, saj uporabimo večje število reagentov kot pri mikro izvedbi.

Izvedba eksperimentov je krajša v primeru mikro izvedbe, razvidno iz tabele 8. Čas makro eksperimenta izvedbe je 90 minut in je za 70 minut daljši od mikro izvedbe eksperimenta.

Največ časa namenimo sestavljanju destilacijske aparature. Za izvedbo mikro eksperimenta porabimo 20 minut časa.

Tabela 8: Čas mikro in makro izvedbe eksperimenta

[min]

Sinteza cikloheksena in dokazovanje nenasičenosti

20 90

V skladu s predvidenimi, izračun v Tabeli 10 potrdi, da je cenovno ugodnejša za izvedbo mikro izvedba eksperimenta. Mikro izvedba šolo finančno obremeni 0,067€ na skupino.

Upoštevamo, da eksperimenti potekajo v štirih ali petih skupinah in da sta na šoli vsaj dva razreda iste paralelke, skupaj znese 0,54€. Za makro izvedbo porabimo 5,1€, če upoštevamo enake pogoje za izračun kot pri mikro izvedbi.

Tabela 9: Cene nekaterih uporabljenih kemikalij za mikro in makro izvedbo eksperimenta, (Mikro+Polo, 2013)

Kemikalija Količina Cena, €

Cikloheksan 1L 23,28

Toluen 2,5L 12,40

Žveplova kislina 1L 6,40

Diklorometan 1L 8,25

(30)

21

Tabela 10: Izračunana poraba stroškov za izvedbo mikro in makro eksperimenta

Kemikalija Količina [mL] Cena, € Količina [mL] Cena, €

Cikloheksan 21,3 0,495 2 0,0465

Toluen 20 0,099 0 0

Žveplova kislina 4 0,026 0,5 0,0032

Diklorometan 2 0,017 2 0,017

SEŠTEVEK STROŠKOV

0,637 0,0667

Za izvedbo mikro eksperimenta potrebujemo dve stojali, stojalo za gorilnik, gorilnik, dve epruveti, gumijast zamašek in čašo. Laboratorijska oprema je preprosta in dosegljiva. Sestava aparature za destilacijo ni zahtevna. Zahtevnejša sestava aparature je v primeru makro eksperimenta, saj za izvedbo potrebujemo frakcionirno kolono, gorilnik, destilacijsko bučko z ravnim dnom, hladilnik, erlenmajerico itd. Slednji laboratorijski inventar domnevno ni lahko dostopen v osnovnih šolah.

Na sliki 5 in sliki 6 je primerjava aparature za mikro in makro destilacijo, ki sta potrebni za sintezo cikloheksena. V primeru makro izvedbe se namesto peščene kopeli za segrevanje uporabi gorilnik, preostali del aparature je nespremenjen.

(31)

22

Slika 5: Skica aparature za mikro sintezo cikloheksena, (Brouwer in Vrtačnik, 1995)

Slika 6: Skica aparature za makro sintezo cikloheksena, (Williamson in Masters, 2011)

(32)

23 3.2.3 Eksperiment: Sinteza aspirina

Eksperiment Sinteza aspirina vključimo v vsebinski sklop Kisikova družina organskih spojin.

Za namen izvedbe eksperimentalnega dela v makro in mikro izvedbi sta bila izdelana delovna lista (priloga 3.1.2 in priloga 3.2.2) Sinteza aspirina, ki vsebujeta teoretični uvod, cilje, ki jih bodo učenci skušali doseči, nalogo in potek dela za izvedbo vaje. Na koncu delovnega lista je predvideno, da morajo učenci zapisati zbrane rezultate in odgovoriti na zastavljena vprašanja.

Navodila za učiteljevo pripravo in obe izvedbi so zbrani v Učiteljevi pripravi (priloga 3.1.1 in priloga 3.2.1).

Primerjava makro in mikro izvedbe

 Poraba količine reagentov pri izvedbi mikro in makro eksperimenta

Kakor je razvidno iz Tabele 11 v številu uporabljenih reagentov pri sintezi aspirina v primeru mikro in makro izvedbe eksperimenta, ni razlik. Razlike pa so v količini porabljenih reagentov, tako pri mikro izvedbi porabimo 0,23g 2-hidroksibenzojske kisline, kar je bistveno manj od 3g, ki se porabijo pri makro izvedbi. Tudi v primeru sinteze aspirina se pri mikro izvedbi v primerjavi z makro izvedbo eksperimentalnega dela uporabi manjša količina snovi z nevarnimi lastnostmi (tabela 12). Majhne količine pri mikro izvedbi tako predstavljajo manj nevarnosti, zato je eksperiment z vidika varnosti primernejši za samostojno izvedbo učencev, kakor tudi manj obremenjujoč za okolje z vidika nastalih odpadnih produktov.

Tabela 11: Poraba količine reagentov pri izvedbi mikro in makro eksperimenta

Sinteza aspirina-MAKRO IZVEDBA

Sinteza aspirina MIKRO IZVEDBA

KOLIČINA REAGENTOV OB ENKRATNI IZVEDBI EKSPERIMENTA

3g 2-hidroksibenzojski kisline (salicilna kislina),

5mL anhidrid ocetne kisline, 1 kapljica žveplove (VI) kisline,H2SO4(aq) , 1mL etanola,

25mL destilirane vode.

0,23g 2-hidroksibenzojske ali salicilne kisline,

25 kapljic anhidrida etanojske kisline,

ena kapljica koncentrirane fosforne kisline, H3PO4(aq), 3,5mL destilirane vode, 0,7mL etanola.

(33)

24 Tabela 12: Piktogrami za nevarnosti posameznih reagentov

Sinteza aspirina-MAKRO IZVEDBA Sinteza aspirina-MIKRO IZVEDBA

2-

hidroksibenzojska kislina

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A4 107_sl_SI.pdf

2-

hidroksibenzojsk a kislina

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblae tter/A4107_sl_SI.pdf

Žveplova kislina, H2SO4(aq)

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A0655_sl_SI .pdf

Fosforjeva kislina, H3PO4(aq)

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A09 89_sl_SI.pdf

Anhidrid ocetne kisline

http://tools.lifetechnologies.com/content/sfs/msds/2014/402222_

MTR-EULT_SN.pdf

Anhidrid

etanojske kisline

http://tools.lifetechnologies.com/content/sfs/msds/2014/4 02222_MTR-EULT_SN.pdf

Etanol

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A4230_sl_SI.p df

Priprava reagentov pri mikro in makro izvedbi ni zahtevna, zato ne porabimo veliko časa.

Izvedba eksperimentov v primeru mikro izvedbe je krajša, razvidno iz tabele 13. Za mikro izvedbo vaje porabimo 20 minut časa. Za makro izvedbo vaje porabimo 60 minut več, makro izvedba vaje je končana v 90 minutah.

Tabela 13: Čas izvedbe mikro in makro eksperimenta

[min]

Sinteza aspirina 20 90

(34)

25

Stroški izvedbe (tabela 15) so v primeru mikro izvedbe nižji in znašajo 0,086€ na par, ki izvaja vajo. Makro izvedba znaša 0,26€. Mikro in makro izvedba eksperimenta, ne predstavlja veliko finančno obremenitev.

Tabela 14: Dobavna cena za salicilno kislino

Kemikalija Količina [g] Cena, €

2-hidroksibenzojski kisline (salicilna kislina)

100 17,18

Tabela 15: Primerjava cenovnih stroškov pri izvedbi mikro in makro eksperimenta

Kemikalija Količina Cena, € Količina Cena, €

2-hidroksibenzojski kisline (salicilna kislina)

3g 0,21 0,23g 0,039

anhidrid ocetne kisline

5mL 0,0018 / /

žveplove (VI) kisline 1 kapljica ̴ 0,05mL

0,00032 / /

etanola 1 mL 0,0045 / /

anhidrid etanojske kisline

/ / 25 kapljic ̴

1,25mL

0,044

fosforna kislina / / 1 kapljica ̴

0,05mL

0,0034 SEŠTEVEK

STROŠKOV 0,26 0,086

(35)

26

Laboratorijski inventar za izvedbo obeh vaj je preprost. Uporabimo čaše, epruvete, mini epruvete, urna stekla, termometer, gorilnik, stojala za gorilnike, erlenmajerice, tehtnico. Vsi našteti pripomočki so predvidoma dosegljivi v šolskem laboratoriju. Morda v šolskem laboratoriju ne bi bilo na voljo zadostnega števila presesalnih buč in Buchnerjevih lijev, tako bi v primeru mikro izvedbe eksperimentalnega dela nučiranje nadomestili s filtriranjem, za kar je potreben preprostejši inventar, ki je na voljo tudi v osnovnih šolah.

Slika 7: Buchnerjev lij s presesalno bučo, (Hren in Žohar, 2014)

3.3 Vrednotenje zastavljenih hipotez

Hipoteza 1: Na vsebinskem področju organske kemije je ob upoštevanju ciljev učnega načrta za kemijo v OŠ možno tradicionalno izvedbo nekaterih eksperimentov prilagoditi na mikro eksperimente.

Trije izbrani, optimizirani in preizkušeni eksperimenti s področja organske kemije za izvedbo v osnovnih šolah, so dokaz, da je možno tradicionalno izvedbo (vsaj nekaterih) eksperimentov prilagoditi na mikro eksperimente. Za izbrane eksperimente je bilo izdelano učno gradivo v skladu z učnim načrtom za kemijo v OŠ.

(36)

27

Hipoteza 2: Stroški izvedbe izbranih mikro eksperimentov so v primerjavi s tradicionalno izvedbo nižji.

Za vse tri izbrane in optimizirane eksperimente izračun stroškov pokaže, da je izvedba mikro eksperimentov cenejša kot izvedba makro eksperimentov. Največja razlika v stroških izvedbe se je pokazala v primeru Določanja vitamina C v sadnih sokovih.

Hipoteza 3: Čas izvedbe izbranih eksperimentov je v primerjavi s tradicionalno izvedbo krajši.

Primerjava časa, potrebnega za pripravo in izvedbo eksperimentalnega dela, pokaže, da več časa porabimo za izvedbo makro eksperimentov v primerjavi z mikro eksperimenti. Med preučevanimi eksperimenti je največja razlika v času, potrebnem za makro izvedbo eksperimentov v primerjavi z njihovo mikro izvedbo v primeru Priprave cikloheksena in dokazovanja nenasičenosti.

Hipoteza 4: Za izvedbo izbranih mikro eksperimentov je lažje zagotoviti dostopnost laboratorijskega inventarja (v zadostnem številu za samostojno delo učencev v parih), kot za izvedbo makro eksperimentov.

V primerih vseh treh preizkušenih eksperimentov je bil pri izvedbi potreben preprostejši laboratorijski inventar, za katerega domnevamo, da je na osnovnih šolah lažje zagotoviti njegovo dostopnost v zadostnem številu za samostojno delo učencev v parih.

(37)

28

4 SKLEP

Ideja prilagoditve običajnih (makro) eksperimentov v mikro eksperimente ni nova, je pa še zmeraj in vse bolj aktualna, saj ima številne prednosti za uporabo v šolski praksi.

V teoretičnem delu naloge je na podlagi literature in drugih virov preučeno, kakšno vlogo in nalogo ima eksperimentalno delo pri pouku kemije. Mnogi, ki so raziskovali pomen eksperimentalnega dela, so skupnega mnenja, da ima eksperimentalno delo nepogrešljivo vlogo pri pouku kemije, zato si je potrebno prizadevati, da je eksperimentalno delo še naprej bistveni del pouka kemije.

V diplomski nalogi je bil zastavljen cilj primerjati tri izbrane eksperimente s področja organske kemije v makro in mikro izvedbi. Pri primerjavi makro in mikro izvedb eksperimentov je bil poudarek na spremljanju količine porabljenih kemikalij stroškov izvedbe, potrebnem času za izvedbo in dostopnosti laboratorijskega inventarja v zadostnem številu za samostojno delo učencev v parih. Za vse tri izbrane eksperimente se je v primerjavi izvedb makro in mikro merilu po izbranih štirih dejavnikih izkazala mikro izvedba za ustreznejšo. V nadaljevanju je smiselno razvite eksperimente evalvirati tudi z vidika šolske prakse, kar je načrtovano v sklopu raziskave v magistrski nalogi.

(38)

29

5 LITERATURA

Abdullah, M., Mohamed, N., Ismail H. Z. (b.d.) The effect of Microscale chemistry

experimentation on student's attitude and motivation towards chemistry practical work.

Journal of science and mathematics education in S.E Asia. Vol.30, No 2, str. 44-72.

Andrews, R. (1990). Microscale: A Wee Revolution In College Chemistry Labs. TheScientist.

Pridobljeno s http://www.the-

scientist.com/?articles.view/articleNo/11508/title/Microscale--A-Wee-Revolution-In- College-Chemistry-Labs/

Anhidrid etanojske kisline. (2006). Pridobljeno s

http://tools.lifetechnologies.com/content/sfs/msds/2014/402222_MTR-EULT_SN.pdf

Anhidrid ocetne kisline. (2006). Pridobljeno s

http://tools.lifetechnologies.com/content/sfs/msds/2014/402222_MTR-EULT_SN.pdf

Bačnik, A. (2010). Kemijska varnost živil in predmetov splošne rabe.[PowerPoint]

Pridobljeno s

http://www.zrss.si/dokumenti/zajavnost/KV_AKTUALNO_NA_PODROCJU_KEMIJS KE_VARNOSTI_7jun10.pdf

Bačnik, A., Bukovec, N., Vrtačnik, M., Poberžnik, A., Križaj, M., Stefanovik, V., …Preskar, S. (2011). Učni načrt Kemija. Ministrstvo za šolstvo in šport, Zavod RS za šolstvo.

Bačnik, A., Skvarč, M., Keuc, Z., Poberžnik, A., Vrtačnik, M., Pufič, T. in Pahor, M. (2005).

Učni načrt Izbirni predmet; Poskusi v kemiji, Kemija v okolju, Kemija v življenju.

Ministrstvo za šolstvo in šport, zavod RS za šolstvo.

Bradley, J. D. (1999). Hands-on practical chemistry for all. Pure Appl. Chem., Vol. 71, No. 5, str. 817-823.

Brom. (2015). Pridobljeno s

Bukovec, N. Vrtačnik, M., Požek-Novak, T., Bačnik, A., Ferk Savec, V., Trstenjak, B.,

…Keuc, Z. (2011). Kemija. Splošna in anorganska kemija. Pridobljeno s http://www.zrss.si/projektiess/gradiva/pkp/PKP_Kemija.pdf

(39)

30

Centrum för Analys och Syntes (2015). Microscale Chemistry. Pridobljeno s

http://www.chem.lu.se/Education/Kemiteknik&Bioteknik/OrganAK/MicroScale/

Cikloheksanol. (2015). Pridobljeno s

Daniel, J.K., Goh Khang, N., Chia Sai, L., Treagust, D.F. (2009). Linking the Macroscopic, Sub-microscopic and Symbolic Levels: The case of Inorganic Qualitative Analysis. In:

J.K. Gilbert, D. Treahust, (ed). Multiple representations in chemical education. Models and modeling in sciene education. Vol. 4, Part II, pp: 137-150.

2,6 diklorofenol-indofenol. (2015). Pridobljeno s

https://www.caymanchem.com/msdss/700942m.pdf

Diklorometan. (2006). Pridobljeno s

Etanol. (2015). Pridobljeno s

Fosforjeva kislina. (2006). Pridobljeno s

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A0989_sl_SI.pdf Gardham, J. (2001). Chemistry Laboratory Christmas Annuals. Pridobljeno s

http://special.lib.gla.ac.uk/exhibns/month/dec2001.html

Gibson, C. (2014). Microscale chemistry - Current use and future opportunities. [PowerPoint]

Pridobljeno s http://www.eventlink.org.uk/uploads/DOCS2/30- Colin_Gibson_York_14.pdf

Hren, P., Žohar, A. (2014). Vsebnost kalija v različnih vrstah rastlinskega pepela ( Raziskovalna naloga, Srednja šola za kemijo, elektrotehniko in računalništvo).

Pridobljeno s http://www.ce.sik.si/raziskovalne/4201403457.pdf

Josephsen J. (2003). Experimental training for Chemistry students: Does experimental experience from the general sciences contribute? Department of Life Sciences and Chemistry Vol.4, No.2, str. 205-218.

Kalijev jodat. (2015). Pridobljeno s http://www.labchem.com/tools/msds/msds/LC19590.pdf

(40)

31

Killerman, W. (1996). International Journal of Science Education. 18, 333–346.

Knez, Ž., Novak, Z. (2010). Organska tehnologija. Pridobljeno s http://www.fkkt.um.si/egradiva/fajli/organska_tehnologija.pdf

Logar, A., Ferk Savec, V. (2011). Student's hands-on experimental work vs lecture

demonstration in teaching elementary school chemistry. Acta chimica slovenica, vol.

58, No 4, str. 866-875.

Microscale Chemistry. (2015). Pridobljeno s

http://www.chem.lu.se/Education/Kemiteknik&Bioteknik/OrganAK/MicroScale/

Mikro+Polo. (2013). Pridobljeno s http://www.mikro-

polo.si/files/mpwww/userfiles/Mailing/Kemikalije_za_sole/Tabela%20s%20kemikalij ami.pdf

Mladi za napredek Maribora (2012). Določanje askorbinske kisline s kislinsko bazno titracijo.

Maribor. Pridobljeno s

http://digi.ukm.si/jspui/bitstream/11109/4393/1/S%C5%A0_Kemija_Dolo%C4%8Dan je_askorbinske_kisline.pdf

Nacionalni inštitut za javno zdravje (2015). Teden kemijske varnosti. Pridobljeno s http://www.nijz.si/teden-kemijske-varnosti-2015

Natrijev hidroksid. (2015). Pridobljeno s

Ocetna kislina. (2015). Pridobljeno s

https://www.applichem.com/fileadmin/datenblaetter/A0820_sl_SI.pdf Pelko, A. (2012). Odziv učencev na eksperimentalno delo pri pouku gospodinjstva

(Diplomsko delo). Pedagoška fakulteta, Ljubljana.

Porekar Kacafura, I. (2015). Ravnanje z nevarnimi snovmi. Pridobljeno s http://www.sms- muzeji.si/udatoteke/publikacija/netpdf/11-4.pdf

Reid, N., Shah, I. (2007). The role of laboratory in university chemistry. Chemistry Education Research and Practice, 8(2), str. 172-185.

Režek-Donev, N. (2000). Pomen multimedije za pouk kemije. Masters Thesis, University of Ljubljana, Faculty of Natural Sciences and Engineering, Ljubljana, str. 120.

Salicilna kislina. (2006). Pridobljeno s

(41)

32

Sarfraz, A., Bukhari, A., M. (2011). Role of Practical Work in the Teaching of Chemical Concepts at Secondary level- A Case Study. Intedisciplinary Journal Of

Contemporary Research In Business. Vol. 3, No 4, str. 539-545.

Skinner, J. (1998). Microscale Chemistry : Experiments in Miniature. The Royal Society of Chemistry.

Toluen. (2006). Pridobljeno s

Williamson, L., K., Masters, M., K., (2011). Macroscale and microscale Organic Experiments. Pridobljeno s

http://jxpt.kmmc.cn/G2S/eWebEditor/uploadfile/20120912120753_421936527403.pdf Wissiak Grm K,. S., Glažar, S., A. (2001). Eksperimentalno delo- del pouka kemije. Kemija v

šoli, 13(1), 28-30.

Zavod Republike Slovenije za zaposlovanje (2015). Predmetni učitelj za kemijo.

Pridobljeno s

http://www.ess.gov.si/ncips/cips/opisi_poklicev/opis_poklica?Filter=P&Kljuc=2769

Zupančič Brouwer, N., Vrtačnik, M., (1991). Eksperimentalna organska kemija. Narodna in univerzitetna knjižnica Ljubljana.

Žveplova kislina. (2006). Pridobljeno s

(42)

PRILOGE

DOLOČANJE VITAMINA C V SADNIH SOKOVIH

Vitamin C ali L-askorbinska kislina. Kisline-lastnosti kislin. Žveplova kislina.

Oksidanti: 2-6 diklorofenol-indofenola (DI).

Titracija.

Vaja je primerna za osnovno šolo. Vključimo jo v obravnavanje teme kisline, baze in soli.

Poznavanja, vir in lastnosti določenih kislin.

Učenci so sposobni brati, urejati in analizirati preproste tabele podatkov. Znajo rokovati s kemijskimi pripomočki. Znajo izvajati titracijo. Znajo pravilno ravnati in rokovati s kislinami.

Vajo učenci izvajajo v skupinah po 4.

Ena šolska ura, večino časa je namenjena eksperimentalnemu delu. Izvedba eksperimentalnega dela 35 min, ostalo pregled rešitev in komentar.

Učenci morajo nositi zaščitna očala, zaščitne rokavice (razen pri prižiganju gorilnika) in halje ali drugo zaščitno oblačilo.

VLOGA MIKRO EKSPERIMENTOV PRI POUKU KEMIJE

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

MAŠA MELE

VLOGA MIKRO EKSPERIMENTOV PRI POUKU KEMIJE

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

PEDAGOŠKA FAKULTETA

DVOPREDMETNI UČITELJ KEMIJA-GOSPODINJSTVO

MAŠA MELE

Mentorica: izr. prof. dr. Vesna Ferk Savec

VLOGA MIKRO EKSPERIMENTOV PRI POUKU KEMIJE DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

1 UVOD

2 TEORETIČNI DEL

3 EKSPERIMENTALNI DEL

4 SKLEP

5 LITERATURA

PRILOGE

DOLOČANJE VITAMINA C V SADNIH SOKOVIH

Naslov vaje – makro izvedba

Ključni pojmi

Stopnja

Način izvedbe

Čas

Zaščita

Predznanje