Försök att förstå! Kemilaborationens bidrag till förståelse 1. C-vitamintitrering Äppelmust Apelsinjuice Nyponsoppa. En mättad jodlösning - titratorn

Transkript

1 Försök att förstå! Presentation i Gävle den 11 augusti C-vitamintitrering Äppelmust Apelsinjuice Nyponsoppa Christer Gruvberg FD Kemi, med inriktning mot ämnesdidaktik Hvitfeldtska gymnasiet Göteborgs Universitet gruvberg@kreativkemi.se En mättad jodlösning - titratorn Titreringen Where is Sweden? Räknar jod - droppar Omslagspunkten: när stärkelseindikatorn blir svart Kemilaborationens bidrag till förståelse 1

2 The science festival in Gothenburg Den yngste titreraren Shabnam, 4 år Förstod sambandet mellan titreringen och C-vitamininnehållet Men hon var bekymrad: Jag vet inget om C-vitaminer! Teachers testing titrations in a science fair! Presentationen Behövs laboratoriet? Microscale Vad är microscale? Tillämpningar? Elev första kemilektionen Kemilaborationens bidrag till förståelse Kemilaborationens bidrag till förståelse 2

3 Kunskapsbyggande Innan språket fanns Leder en diskussion om det man har observerat oftare till förståelse, än det som man har fått beskrivet för sig? Uppskattningsvis för år sedan OBJEKT 3D Två kvinnor och två män dansar MÄSTARE LÄRLING Kunskapsbyggande Kunskapsbyggande Efter språkets tillkomst OBJEKT 3D Efter textens tillkomst OBJEKT 3D MÄSTARE LÄRLING MÄSTARE LÄRLING 0D TEXTER Kemilaborationens bidrag till förståelse 3

4 Kunskapsbyggande I UNDERVISNINGEN Traditionell undervisning OBJEKT Tyst kunskap och teoretisk kunskap enligt tre tänkare Dewey Erfarenhetskunskap Tyst kunskap LÄRARE ELEV 0D TEXTER ELEV Tyst kunskap och teoretisk kunskap enligt tre tänkare PolanyiDewey Teoretisk Erfarenhetskunskap Tyst kunskap Tyst kunskap och teoretisk kunskap enligt tre tänkare Dewey Lewin Erfarenhetskunskap Teoretisk Tyst kunskap Tyst kunskap Konkret upplevelse Kemilaborationens bidrag till förståelse 4

5 Hur får vi kunskap? Genom information! Visuell och verbal information Hur når vi förståelse? Genom bearbetning av information och erfarenheter! Kunskapsbyggande I UNDERVISNINGEN Nutida Kemi EXPERIMENT LÄRARE 3D ELEV Information med språkets hjälp Ett uttalande måste referera till någon verklighet för att bli begriplig 0D TEXTER ELEV För att förstå uttalandet bör mottagaren ha erfarenhet av en liknande verklighet Kemilaborationens bidrag till förståelse 5

6 En jämförelse från konsten Ett fat från slutet av 1400-talet En jämförelse från konsten Ett fat från slutet av 1400-talet KAMEL Bibliska motiv som visar upp guds vackra skapelse VITTNE ARTIST En annan jämförelse från konsten Ett något yngre verk Språket och tänkandet Ett ord har olika betydelser i olika situationer KAMEL Ibland får ordet ingen betydelse alls VITTNE ARTIST En beskrivning består av många ord. Det finns många möjligheter för tolkning. Kemilaborationens bidrag till förståelse 6

7 Sambandet mellan tryck och kokpunkt Vid sänkt tryck kokar vatten vid lägre temperatur Kolla Christer! Det kokar! Men det är konstigt, det blir inte vaaamare! Språket har sina begränsningar! För honom var kokning lika med 100 o C, istället för en fasövergång Språket och tänkandet Att tolka en beskrivning i kemin är okomplicerat för KEMISTER, vi har erfarenheter som hjälper oss att tolka ordens betydelser Nybörjarstudenterna saknar erfarenheter som hjälper dem att fokusera på rätt ord och att ge orden rätt betydelse i sammanhanget. Relationen mental modelloch verklighet Paivios dubbelkodningsteori (1991): Individen eftersträvar att tolka sina upplevelser Tolkningen lagras som förklarande symboler tillsammans med upplevelsen. Kemilaborationens bidrag till förståelse Kemilaborationens bidrag till förståelse 7

8 Aldehyders reducerande förmåga Kopplade jämvikter Ag + + e - Ag(s) Silverspegeln RCHO + 2OH - RCOOH + H 2 O +2e - Ag + + 2NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + Ammoniaktillförsel: NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - (inte önskad) 2Ag + + 2OH - Ag 2 O(s) + H 2 O NH H 2 O NH 3 + H 3 O + (OK) Silverspegeln Kopplade jämvikter Ag + + e - Ag(s) RCHO + 2OH - RCOOH + H 2 O +2e - Bränsle Förbränning av nikt Ag + + 2NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + Ammoniaktillförsel: NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - (inte önskad) Syre energi Reaktion Aktiverings- Dammexplosioner är en stor fara för mjölnaren 2Ag + + 2OH - Ag 2 O(s) NH H 2 O NH 3 + H 3 O + (OK) Kemilaborationens bidrag till förståelse 8

9 Syre Bränsle energi Reaktion Man kan ha allt som en förbränning kräver, och ändå händer inget! Aktiverings- Utan intim blandning av komponenterna händer ingenting! EXOCHARMIC experiment Mellan tummen och pekfingret kan man alltid göra ett microscale experiment! Klorat+fosfor +aktiveringsenergi! MICROSCALE ett litet försök på bordet, men Sommaren 1999 professor Pike i ett alkemistlaboratorium Naturliga indikatorer christer.gruvberg@kreativkemi.se microscale meets macroscale Kemilaborationens bidrag till förståelse 9

10 Labhistoria Alkemisternas verktyg på medeltiden krävde stora kemikaliemängder för att få en produkt I von Liebigs undervisningslaboratorium i slutet av 1820-talet valdes den minsta storlek som medgav analys av produkten Professor Ronald Pike Vilka är de viktigaste förändringarna i laboratoriet som bidragit till microscalekemins framgångar Den elektroniska vågen Automatpipetten Magnetomröraren med uppvärmning I den småskaliga kemin valdes den minsta storlek som var pedagogiskt gångbar Byretten Kommer snart att pensioneras Microscale bidrar till frågan: Varför slösar vi bort tid på att producera avfall i laboratoriet? Kemilaborationens bidrag till förståelse 10

11 Elektrolys av KI 9V Batteri Inget hot! Snabb uppmontering Tidsvinst! Låg kemikalieförbrukning Miljöbesparande! Resultat inom sekunder Stimulerande! Tid till Snacka kemi Befrämjar förståelsen och övar upp det kemiska språket! Vad är microscale? Mikroskala microscale Halvmikroskala Trender i microscale Ur ett undervisningsperspektiv är microscale, intressant för alla kemidiscipliner! Exampel på trender indelade efter utrustning Microscale glaskärl Titerplattor (96 wells, 24 wells, strips) Petri skålar Återanvänt Material Sprutor Fällningar Trender i microscale AgNO 3 Na 2 SO 4 K 2 CrO 4 BaCl 2 KI Pb(NO 3 ) 2 FeCl 3 NaOH AgNO Na 2 SO K 2 CrO BaCl KI Pb(NO 3 ) FeCl NaOH Kemilaborationens bidrag till förståelse 11

12 HCl(aq) Micronet globalt nätverk för microscale NH 3 (aq) Globalt intresse för microscale Gasdiffusion (Cl 2 och NH 3 ) i 2-D Under årens lopp har jag inbjudits att hålla microscale workshops i: 100 droppar (KI/Phe) fördelas på rutnätet och innesluts med ett lock Gasutveckling sätts igång 2 minuter senare Kemilaborationens bidrag till förståelse 12

13 Gasdiffusion (Cl 2 och NH 3 ) i 2-D Syra-bas reaktion Redox reaktion Gasdiffusion (Cl 2 och NH 3 ) i 2-D Diffusion Syra-bas Redox Löslighet och le Chatelier s princip etc. Diffusion I 2 (aq) + I - I 3 - I 2 (aq) I 2 (s) gul svart Kinetik Kinetiska studier av tiosulfats sönderdelning i närvaro av syra S 2 O 2- H + 3 SO S(s) mjölkig Kinetik i microscale Efter 15 sekunder Efter 30 sekunder Efter 45 sekunder Efter 90 sekunder Kemilaborationens bidrag till förståelse 13

14 Kinetikprestanda Microscale byrett på playa Tylösand Traditionellt labarbete 8 x 2 studenter 800mL 8 resultat / 60 min Microscale 8 x 2 studenter 20mL 64 resultat / 5 min Titreringar i Microscale BYRETTENS ÄNDDELAR Titreringar för förståelse Spottester för att upptäcka tanken bakom Mohrtitreringen Ag + + HAV Ag + + HAV + CrO 4 2- Ag + + CrO 4 2- SPRUTAN används enbart för fyllning av byretten Kemilaborationens bidrag till förståelse 14

15 Mohr titreringar salthalt Från väst till öst: Fjällbacka 2,2 % Halmstad 1,5 % Landskrona 1,0 % Karlskrona 0,6 % Sundsvall 0,3 % Mustakaari 0,2 % Mohrtitreringar - salthalt Havsvattenprover: Gran Canaria 3,6 % Mombasa 3,5 % Brisbane 3,7 % Torquay (S. Aus.) 3,3 % Puerto Vallarta (Mex) 3,3 % Röda Havet 3,8 % Döda Havet 29 % alkemisten Chemister Motivation för lärande Prof. Krishna Sane, Singapore på NUS dec. 2002: Joy of learning must come first serious learning comes afterwards TACK! Kemilaborationens bidrag till förståelse 15