Βίκυ Γκίτζια (2 ο Πειραματικό Γυμνάσιο Αθηνών)

Transcript

1 Βίκυ Γκίτζια (2 ο Πειραματικό Γυμνάσιο Αθηνών) ΔΙΑΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ»

2 Αναπαριστάνουν τα χημικά φαινόμενα Πώς; Σε μακροσκοπικό επίπεδο Σε υπομικροσκοπικό (σωματιδιακό) επίπεδο Σε συμβολικό επίπεδο Τι είναι το κάθε ένα από αυτά;

3 Απεικονίζουν τα χημικά φαινόμενα σύμφωνα με την ανθρώπινη οπτική αντίληψη Είναι: Εμπειρίες από το εργαστήριο ή από την καθημερινή ζωή Βίντεο Φωτογραφίες Σκίτσα Τις αντίστοιχες αναπαραστάσεις τις ονομάζουμε μακροσκοπικές

4 Αντίδραση του νατρίου με το νερό

5 Απεικονίζουν τη δομή και την κίνηση των σωματιδίων της ύλης Πώς; Κυρίως μέσω των μοριακών μοντέλων: σφαίραςράβδου, χωροπληρωτικά μοντέλα van der waals, κ.α. Απείκονιση της δομής του ατόμου: πρότυπο Bohr, ατομικά τροχιακά, κ.α. Είναι: Συνήθως αναπαραστάσεις φτιαγμένες σε Η/Υ Animation

6 υπομικροσκοπική αναπαράσταση Αντίδραση του νατρίου με το νερό

7 Περιλαμβάνουν σύμβολα, γράμματα, αριθμούς, σήματα Είναι: Χημικά σύμβολα Μοριακοί τύποι Χημικές εξισώσεις Μαθηματικές εξισώσεις (π.χ. καταστατική εξίσωση) και γραφικές παραστάσεις (π.χ. κατανομή Maxwell-Boltzmann) Στοιχειοθετούν τη «γλώσσα» των χημικών

8 συμβολική αναπαράσταση 2 Na (s) + 2 H 2 O (l) 2 NaOH (aq) + H 2(g) Αντίδραση του νατρίου με το νερό

9 Σε ποιο επίπεδο θα πρέπει να διδάσκεται η Χημεία; Τι είδους αναπαραστάσεις θα πρέπει να χρησιμοποιούνται στη διδασκαλία; Τι είδους αναπαραστάσεις θα πρέπει να περιέχονται στα σχολικά βιβλία;

10 Η Χημεία αναφέρεται εξίσου σε μακροσκοπικό, υπομικροσκοπικό και συμβολικό επίπεδο. Οι χημικοί: προσπαθούν να ανακαλύψουν τι συμβαίνει στο μικρόκοσμο, προκειμένου να εξηγήσουν τα φαινόμενα στο μακρόκοσμο & χρησιμοποιούν επιστημονικά σύμβολα για να περιγράψουν τα φαινόμενα που μελετούν

11 Συνεπώς: Η κατανόηση των χημικών φαινομένων βασίζεται στο να ανακαλύψουμε τι συμβαίνει σε σωματιδιακό επίπεδο.

12

13 1982 Μακροσκοπικό Πλήρης κατανόηση Υπομικροσκοπικό Συμβολικό Almost in one breath the teacher ranges across this diagram, but the pupil can be stranded at the macro corner. (Johnstone, 1991, p. 78)

14 Η εννοιολογική κατανόηση στη χημεία απαιτεί την ικανότητα: να σκέφτεται κανείς σε υπομικροσκοπικό επίπεδο ώστε να εξηγεί τα φαινόμενα σε μακροσκοπικό επίπεδο και να χρησιμοποιεί τα επιστημονικά σύμβολα για να τα περιγράψει

15 Ο χρυσός Αu (s)

16 Το μάρμαρο CaCO 3(s)

17 2 Κ(s) + Cl2(g) 2 KCl(s)

18 Πόσο εύκολο είναι αυτό για τους μαθητές;

19 Συχνά οι καθηγητές υποθέτουν ότι οι μαθητές: Κατανοούν τις σχέσεις μεταξύ των 3 επιπέδων Μπορούν να μεταφερθούν από το ένα επίπεδο στο άλλο 2 NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) +

20 Οι έρευνες έχουν δείξει ότι οι μαθητές: Δυσκολεύονται να εγκαταλείψουν το συνεχές μοντέλο της ύλης και να υιοθετήσουν το σωματιδιακό μοντέλο. Δυσκολεύονται να οπτικοποιήσουν τη σωματιδιακή φύση της ύλης. Δυσκολεύονται να κατανοήσουν τη χημεία και στα 3 επίπεδα ταυτόχρονα. Δεν αντιλαμβάνονται τις αντιστοιχίες μεταξύ των επιπέδων. (Ben Zvi et al., 1986; Gabel et al., 1987; Nakhleh, 1992; Kozma and Russell, 1997; Treagust et al., 2003, κ.α.)

21 - Σχεδιάστε πώς φαντάζεστε τα σωματίδια στο μεταλλικό νάτριο - Γράψτε το χημικό συμβολισμό του μεταλλικού νατρίου

22 «αποτελείται από το νάτριο και το μέταλλο και ένωσα τις δύο ουσίες» «θα έχουμε το νάτριο σε μικρά σωματίδια, τα οποία θα ενώνονται με κάτι άλλο που το κάνει μεταλλικό. Αυτό το άλλο δεν ξέρω τι μπορεί να είναι»

23 «θα βλέπαμε κάτι σαν μια επιφάνεια μπορεί να έχει και κάτι μικρά κυκλάκια μέσα τα οποία θα ήτανε το νάτριο» «9 τετραγωνάκια ίδια ενωμένα έχω εμπνευστεί και από την εικόνα»

24 - Σχεδιάστε πώς φαντάζεστε τα σωματίδια στο χλωριούχο νάτριο - Γράψτε το χημικό συμβολισμό του χλωριούχου νατρίου

25 «Κάνω πιο αραιές τις κουκίδες επειδή είναι σε σκόνη και ίσως τα μόρια είναι λίγο πιο αραιά μεταξύ τους» «Ενώνεται 1 άτομο νατρίου με 3 άτομα χλωρίου..»

26 - Σχεδιάστε πώς φαντάζεστε τα σωματίδια στο νερό - Γράψτε το χημικό συμβολισμό του νερού

27 «Έχω σχεδιάσει σφαιρικά σωματίδια τα οποία συνδέονται» «Ένωσα το υδρογόνο και το οξυγόνο γιατί ξέρω ότι το νερό αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο»

28 «Τα σωματίδια του νερού, που είναι το υδρογόνο και το οξυγόνο, είναι πιο κολλητά συγκριτικά με τη σκόνη» «Έχω συνδυάσει το νερό με το γαλάζιο Τα σωματίδια θα είχανε μπλε χρώμα Εφάπτονται γιατί βρίσκονται σε ποτήρι οπότε συμπιέζονται.»

29 - Σχεδιάστε πώς φαντάζεστε τα σωματίδια στο αέριο οξυγόνο - Γράψτε το χημικό συμβολισμό του αέριου οξυγόνου

30 «Λέει αέριο οξυγόνο, έβαλα τα μόρια του οξυγόνου, ξέρω ότι στην ατμόσφαιρα υπάρχει και το άζωτο και το έβαλα και το άζωτο» «Σχεδίασα σφαιρικά σωματίδια άσπρα που συμβολίζουν το οξυγόνο... Δεν είναι ενωμένα μεταξύ τους γιατί είναι αέριο και πιστεύω ότι άμα θα ενωθούνε θα γίνει στερεό ή υγρό»

31 - Σχεδιάστε πώς φαντάζεστε τα σωματίδια στο υδατικό διάλυμα χλωριούχου νατρίου - Γράψτε το χημικό συμβολισμό του υδατικού διαλύματος χλωριούχου νατρίου?

32 «έχουμε τα μόρια του νερού, χλώριο και νάτριο, αλλά δεν θα είναι ενωμένα μεταξύ τους» «Έβαλα το χλωριούχο νάτριο και ανάμεσά του το νερό θα ναι κάπως σαν στρώσεις»

33 «Σχεδίασα σταγόνες νερού και μέσα σε αυτές περιέχονται μικρά σωματίδια χλωριούχου νατρίου»

34 ΜΑΘΗΤΕΣ 17,8% ΦΟΙΤΗΤΕΣ 16,3% 61,8% 81,4% 13,5% 6,9% 1,2% 1,2%

35 ΜΑΘΗΤΕΣ 14,2 % 31,8 % 25,1 % 28,1 % ΦΟΙΤΗΤΕΣ 59,3 % 11,6 % 0 % 29,1 %

36 ΜΑΘΗΤΕΣ 11,8 % ΦΟΙΤΗΤΕΣ 3,5 % 39,3 % 3,5 % 17,6 % 16,3 % 32,0 % 74,4 %

37

38

39 Να διδάσκεται η χημεία και στα 3 επίπεδα με τη χρησιμοποίηση αναπαραστάσεων Να επισημαίνεται η αντιστοιχία μεταξύ των 3 επιπέδων Να δίνεται έμφαση στο υπομικροσκοπικό επίπεδο

40 πολλαπλή αναπαράσταση 2 Na (s) + 2 H 2 O (l) 2 NaOH (aq) + H 2(g) Αντίδραση του νατρίου με το νερό

41 Εξηγούν και διασαφηνίζουν τις έννοιες, τις αρχές και τα φαινόμενα της χημείας Οι χημικές αναπαραστάσεις Απεικονίζουν τη σωματιδιακή φύση της ύλης Συμπληρώνουν το κείμενο Συνδέουν και συσχετίζουν τα τρία επίπεδα της χημείας

42 Δεν είναι αλήθεια ότι οι εικόνες μεταφέρουν το μήνυμά τους εύκολα και απ ευθείας Μια εικόνα αξίζει περισσότερο από χίλιες λέξεις μόνο αν ο αναγνώστης ξέρει τους κώδικες για να ερμηνεύσει και να κατασκευάσει την εικόνα Σε κείμενα με δύο ή περισσότερες εικόνες, όπου ο συσχετισμός μεταξύ αυτών είναι σημαντικός, η επισήμανση των αντιστοιχιών είναι απαραίτητη

43 Γενικά, οι μαθητές επικεντρώνονται στα επιφανειακά χαρακτηριστικά μιας αναπαράστασης και αδυνατούν να αντιληφθούν τις υποκείμενες χημικές έννοιες. Οι μαθητές δυσκολεύονται: να κατανοήσουν το σωστό μήνυμα που μεταφέρουν οι αναπαραστάσεις να κατανοήσουν τις συνδέσεις ανάμεσα σε μακροσκοπικό, μικροσκοπικό και συμβολικό επίπεδο να «μεταφράσουν» μια αναπαράσταση από το ένα επίπεδο στο άλλο

44 Ο μαθητής θα πρέπει να τους δίνει την απαραίτητη προσοχή Δεν είναι διακοσμητικές Να καθίσταται σαφές το περιεχόμενο και το νόημά τους σε όλους τους μαθητές Να συσχετίζονται σαφώς με τις αντίστοιχες χημικές έννοιες ή αρχές ή χημικά φαινόμενα

45

46 για την αξιολόγηση των σχολικών βιβλίων ως προς τις αναπαραστάσεις που περιέχουν Κ1: Το Είδος της Αναπαράστασης Κ2: Η Ερμηνεία των Επιφανειακών Χαρακτηριστικών Κ3: Η Συνάφεια Με Το Κείμενο Κ4: Επικεφαλίδα / Υπότιτλος Κ5: Η Συσχέτιση των Επιπέδων της Χημείας στις Πολλαπλές Αναπαραστάσεις

47 1 ο Κριτήριο Μακροσκοπική Το κριτήριο εξετάζει κατά πόσο η χημεία διδάσκεται εξίσου και στα 3 επίπεδα. Μικροσκοπική Συμβολική Πολλαπλή Υβριδική

48 Εικόνα 1. Η αντίδραση του νατρίου με το νερό. * Η εικόνα περιέχεται στο βιβλίο: The Chemical World: concepts and applications, Moore J.W. et al.

49 * Η εικόνα περιέχεται στο βιβλίο: Χημεία Α Λυκείου, Λιοδάκης Σ. κ.α., ΟΕΔΒ

50 2 ο Κριτήριο Ανάλογα με τον βαθμό στον οποίο επισημαίνεται η ερμηνεία των επιφανειακών χαρακτηριστικών μια αναπαράσταση χαρακτηρίζεται ως: Σαφής Μερικώς σαφής Ασαφής Το κριτήριο εξετάζει τον βαθμό στον οποίο καθίσταται σαφές το νόημα της αναπαράστασης.

51 Εικόνα 1. Μικροσκοπικές αναπαραστάσεις του νερού και ενός υδατικού διαλύματος χρωμικού καλίου.

52 (α) Νερό (β) Υδατικό διάλυμα χρωμικού καλίου Εικόνα 1. Μικροσκοπικές αναπαραστάσεις (α) Νερού, β) Υδατικού διαλύματος χρωμικού καλίου.

53 (α) Νερό (β) Υδατικό διάλυμα χρωμικού καλίου Μόριο νερού Ιόν καλίου Χρωμικό ιόν Εικόνα 1. Μικροσκοπικές αναπαραστάσεις (α) Νερού, β) Υδατικού διαλύματος χρωμικού καλίου. * Η εικόνα προέρχεται από το βιβλίο: The Chemical World: concepts and applications, Moore J.W. et al.

54 Μερικώς σαφής αναπαράσταση

55 Ασαφής αναπαράσταση ΣΧΗΜΑ 2.4 Εικονική παρουσίαση του σχηματισμού της ιοντικής ένωσης NaCl από Na και Cl με μεταφορά ηλεκτρονίων.

56 3 ο Κριτήριο Ανάλογα με τον βαθμό στον οποίο μια αναπαράσταση είναι συναφής με το αντίστοιχο κείμενο του βιβλίου και υπάρχει απ ευθείας παραπομπή σε αυτή, χαρακτηρίζεται ως: Απόλυτα συναφής & συνδεδεμένη Απόλυτα συναφής & ασύνδετη Μερικώς συναφής & συνδεδεμένη Μερικώς συναφής & ασύνδετη Μη συναφής Οι αναπαραστάσεις πρέπει να συνδέονται με τις αντίστοιχες έννοιες, αρχές ή φαινόμενα που διδάσκονται.

57 Μερικώς συναφής & ασύνδετη Με προσθήκη οξέος σε διάλυμα βάσης η φαινολοφθαλεΐνη, που βρίσκεται στο διάλυμα, αποχρωματίζεται.

58 4 ο Κριτήριο Οι επικεφαλίδες βοηθούν να καθίσταται σαφές το νόημα της αναπαράστασης & επισημαίνουν τα κρίσιμα σημεία. Μια επικεφαλίδα (ή υπότιτλος) θεωρείται κατάλληλη εάν είναι: Σαφής Σύντομη Περιεκτική Προσδίδει αυτοτέλεια στην αναπαράσταση

59 5 ο Κριτήριο Ανάλογα με τον βαθμό στον οποίο επισημαίνεται η αντιστοιχία των επιφανειακών χαρακτηριστικών των επιμέρους αναπαραστάσεων (σε διαφορετικά επίπεδα της χημείας) μία πολλαπλή αναπαράσταση χαρακτηρίζεται ως: Επαρκώς συνδεδεμένη Ελλιπώς συνδεδεμένη Ασύνδετη Οι μαθητές θα πρέπει να διδάσκονται τις αντιστοιχίες μεταξύ των διαφορετικών επιπέδων της χημείας ώστε να μπορούν να μεταφράζουν από το ένα επίπεδο στο άλλο.

60 Ασύνδετη πολλαπλή αναπαράσταση Fe (s) + 2 HCl (aq) FeCl 2(aq) + H 2(g) Εικόνα 1. Αντίδραση του σιδήρου με το υδρογόνο.

61 Ελλιπώς συνδεδεμένη (g) Εικόνα 1. Αντίδραση του σιδήρου με το υδρογόνο.

62 Επαρκώς συνδεδεμένη (g) Άτομο σιδήρου Οξώνιο Ιόν χλωρίου Ιόν σιδήρου Μόριο υδρογόνου Εικόνα 1. Αντίδραση του σιδήρου με το υδρογόνο. * Η εικόνα προέρχεται από το βιβλίο: The Chemical World: concepts and applications, Moore J.W. et al.

63 Ελλιπώς συνδεδεμένη ΣΧΗΜΑ 1.10 Το νερό απαντά συχνά και στις τρεις φυσικές καταστάσεις του: αέρια (υδρατμοί π.χ. στα σύννεφα) υγρή (π.χ. θάλασσα) και στερεή (π.χ. πάγος).

64 για την αξιολόγηση των σχολικών βιβλίων ως προς τις αναπαραστάσεις που περιέχουν Κ1: Το Είδος της Αναπαράστασης Κ2: Η Ερμηνεία των Επιφανειακών Χαρακτηριστικών Κ3: Η Συνάφεια Με Το Κείμενο Κ4: Επικεφαλίδα / Υπότιτλος Κ5: Η Συσχέτιση των Επιπέδων της Χημείας στις Πολλαπλές Αναπαραστάσεις

65 Παράδειγμα εφαρμογής των κριτηρίων Κ1: Μικροσκοπική αναπαράσταση Κ2: Ασαφής Κ3: Μερικώς συναφής & ασύνδετη Κ4: Υπότιτλος σαφής, σύντομος, περιεκτικός, που προσδίδει αυτοτέλεια Άτομο υδρογόνου ηλεκτρόνιο Άτομο αζώτου

66 Παράδειγμα εφαρμογής των κριτηρίων Κ1: Πολλαπλή αναπαράσταση Κ2: Μερικώς σαφής Κ3: Μερικώς συναφής & ασύνδετη Κ4: Υπότιτλος σύντομος, που προσδίδει αυτοτέλεια, όχι όμως σαφής & περιεκτικός Κ5: Ελλιπώς συνδεδεμένη

67 Σύνδεση των αναπαραστάσεων που βρίσκονται σε απομακρυσμένα σημεία από το κείμενο Επισήμανση του νοήματος των συμβόλων Συμπλήρωση προβληματικών επικεφαλίδων / υπότιτλων Ένταξη στη διδασκαλία & την αξιολόγηση των μικροσκοπικών αναπαραστάσεων Ενσωμάτωση στους στόχους την απόκτηση δεξιότητας μετάφρασης της μιας μορφής αναπαράστασης σε άλλη

68 Βιολογία Β Γυμνασίου: Τρύπα όζοντος - 8 η διδακτική ώρα Χημεία Β Γυμνασίου: Άτομα, μόρια, σύμβολα - 18 η διδακτική ώρα

69 Βιολογία Β Γυμνασίου: Μεταβολισμός 11 η διδακτική ώρα Χημεία Β Γυμνασίου: Χημική ένωση - 16 η διδακτική ώρα / Χημική αντίδραση 21 η ώρα

70 Ατομική θεωρία

71 Ατομική θεωρία

72 Χημική εξίσωση

73 Χημική εξίσωση

74 Χημική εξίσωση Στην αντίδραση οξείδωσης του μαγνησίου (Mg), το μαγνήσιο (Mg (s) ) αντιδρά με το οξυγόνο (O 2(g) ) και παράγεται οξείδιο του μαγνησίου (MgO (s) ). α) Να γράψετε και να ισοσταθμίσετε την χημική εξίσωση για την παραπάνω χημική αντίδραση. β) Εάν έχουμε άτομα μαγνησίου (Mg), τότε πόσα μόρια οξυγόνου (Ο 2 ) χρειάζονται ώστε να γίνει πλήρης οξείδωση του μαγνησίου;

75 Οξέα Η διάλυση του υδροχλωρίου (HCl) στο νερό συμβολίζεται με τη χημική εξίσωση: Τα Η + και Cl - είναι διαλυμένα στο νερό (ανακατεμένα με μόρια νερού) HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) Σημαίνει ότι το ΗCl προστίθεται στο νερό Έχουμε υδατικό διάλυμα ΗCl Πραγματοποιείται χημικό φαινόμενο Σχηματίζονται κατιόντα υδρογόνου (Η + ) Σχηματίζονται ανιόντα χλωρίου (Cl - )

76 Οξέα HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) Αρχικό μόριο HCl Ανιόν χλωρίου (Cl - ) + Μόριο νερού (Η 2 Ο) Κατιόν υδρογόνου (Η + ) Υδατικό διάλυμα υδροχλωρίου

77 Οξέα

78 Δι.Χη.ΝΕΤ. Chem. Educ. Res. Pract., 2011, 12, 5 14