Διάθλαση του φωτός στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση

 η ηλιακή λάμπα μπουκάλι

Υποβλήθηκε από laura.howes στις 2 Ιουνίου, 2014

Με Claas Wegner, Stephanie Ohlberger

Χορηγία εικόνας της Αφρικής Studio / shutterstock

Περισσότερα από 10 χρόνια πριν, ένας πολύ έξυπνος και εφευρετικός κάτοικο από μια φαβέλα ανακάλυψε ότι μπορούσε να παράγει φως χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα. Τώρα οι ηλιακές λάμπες εξαπλώνεται σε όλο τον κόσμο. Πίσω στο 2002, της Βραζιλίας μηχανικός Alfredo Moser ήρθε με έναν τρόπο να φωτίσουν το σπίτι του κατά τη διάρκεια της ημέρας χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα. Αντ 'αυτού, το διάλυμα Moser χρησιμοποίησε μόνο ένα πλαστικό μπουκάλι γεμάτο νερό. Η καινοτομία, η οποία χρησιμοποιεί το φαινόμενο της διάθλασης, έχει πλέον εξαπλωθεί σε ολόκληρο τον κόσμο και αναμένεται να ανάψει πάνω από 1 εκατομμύριο σπίτια του τρέχοντος έτους.

Πολλοί δάσκαλοι φοβούνται την εισαγωγή των σωματικών θέματα στα δημοτικά σχολεία, αλλά ενώ οι μαθητές μπορεί να μην είναι σε θέση να καλούν διάθλαση του φωτός, πολλοί θα έχετε δει πώς ένα καλαμάκι φαίνεται να κάμπτει καθώς πηγαίνει από τον αέρα στο νερό. Αυτό το άρθρο στοχεύει στην παροχή μιας θεωρητικό υπόβαθρο στο φως διάθλαση και δείχνει πώς η ηλιακή λάμπα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τάξη για να αποδείξει το φαινόμενο

Διάθλαση Ανακαλώντας στη μνήμη το καλαμάκι σε ένα ποτήρι νερό, το άχυρο φαίνεται να καμφθεί ή να σπάσει. Αυτό συμβαίνει επειδή το νερό είναι οπτικά πυκνότερο από τον αέρα και έτσι το φως ταξιδεύει πιο αργά στο νερό από τον αέρα. Η μεταβολή στην ταχύτητα κάμπτει το φως καθώς διέρχεται από μία ουσία στην άλλη, ένα φαινόμενο που ονομάζεται διάθλαση. Σε διάθλαση, δύο διαφορετικά πράγματα είναι σημαντικά, η γωνία που το φως χτυπά τη διεπαφή μεταξύ των δύο υλικών, που ονομάζεται η γωνία πρόσπτωσης, και μια ειδική ιδιότητα του καθενός από τα δύο υλικά που εμπλέκονται, ο δείκτης διάθλασης. Σε γενικές γραμμές, πυκνότερα υλικά έχουν υψηλότερους δείκτες διάθλασης επειδή πυκνότερα υλικά αργή φως κάτω από περισσότερο. Σκεφτείτε για το πώς ένα αυτοκίνητο ταξιδεύει γρήγορα στο δρόμο, αλλά επιβραδύνει κατά την οδήγηση σε ένα λασπώδες χωράφι. Διάθλαση δεν συμβαίνει όταν ακτίνες φωτός απεργία τη διεπαφή μεταξύ δύο διαφανή μέσα σε ορθή γωνία, σαν την οδήγηση σε ένα λασπωμένο

Σχήμα 1: Η κάμψη των ακτίνων φωτός κατά την εισαγωγή ενός υψηλού δείκτη μεσαίας Χορηγία εικόνας της Stephanie Ohlberger Σχήμα 2: Η κάμψη των ακτίνων φωτός κατά την εισαγωγή ενός χαμηλού δείκτη μεσαίας Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

τομέα ευθεία θα σας επιβραδύνει, αλλά θα εξακολουθεί να οδηγεί στην ίδια κατεύθυνση. Ωστόσο, αν έρθει στο γήπεδο σε μια γωνία, οι τροχοί που έπληξε την λάσπη πρώτα θα επιβραδυνθεί και το αυτοκίνητο θα γυρίσει. Κατά παρόμοιο τρόπο, αν οι ακτίνες φωτός κτυπούν την επιφάνεια σε μία γωνία οι ακτίνες φωτός θα αλλάξει κατεύθυνση. Η κατεύθυνση που εξαρτάται από τις δείκτες διάθλασης των δύο μέσων που εμπλέκονται (σχήματα 1 και 2).

Το νόμο του Snell της διάθλασης

Στη φυσική, ο νόμος του Snell χρησιμοποιείται για να περιγράψει διάθλασης και των ιδιοτήτων του. Νόμο του Snell αναφέρει ότι η ταχύτητα του προσπίπτοντος φωτός διαιρείται με το ημίτονο της γωνίας πρόσπτωσης είναι ίση με την ταχύτητα του διαθλασμένου φωτός διαιρείται με το ημίτονο της γωνίας του διαθλασμένου φωτός, ( ν ₁ / (sin θ ₁ )) = ( v ₂ / sin θ ₂ ). Αυτό σημαίνει ότι όταν το φως περνά από μία ουσία χαμηλότερη οπτική πυκνότητα σε μια ουσία υψηλότερης οπτικής πυκνότητας, η επιβράδυνση, η ακτίνα φωτός κάμπτεται προς την κανονική του ορίου μεταξύ των δύο μέσων. Αυτό είναι τι συμβαίνει όταν μια ακτίνα φωτός στον αέρα εισέρχεται στο νερό. Στην αντίθετη περίπτωση, όταν μια ακτίνα φωτός εισέρχεται σε ένα μέσο ενός χαμηλότερου δείκτη, για παράδειγμα, πηγαίνοντας από το νερό στον αέρα, τότε θα λυγίσει μακριά από την κανονική.

Το νόμο του Snell μπορεί επίσης να γραφτεί από την άποψη του δείκτη διάθλασης, ή πώς οπτικά πυκνό είναι το μέσο είναι. Δείκτη διάθλασης ενός μέσου, το η, ορίζεται ως ο λόγος της ταχύτητας του φωτός στο κενό, c, με την ταχύτητα του φωτός v στο μέσο, ​​N = C / V. Αυτό σημαίνει, επίσης, ότι ο νόμος του Snell μπορεί να γραφτεί ως αμαρτία θ ₁ n ₁ = sin θ ₂ n ₂ .

Καθώς η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι πάντα 3 Χ 10 ⁸ ms ^-1 , είναι εύκολο να υπολογιστεί ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου για όσο καιρό γνωρίζουμε την ταχύτητα του φωτός στο συγκεκριμένο μέσο. Πρακτικά μιλώντας, πυκνότερα υλικά έχουν υψηλότερους δείκτες διάθλασης, όπως πυκνότερα υλικά αργή φως κάτω από περισσότερο

Το κουτί παπουτσιών

Ακριβώς όπως έχουμε κάνει, το θέμα της διάθλασης του φωτός μπορεί να εισαχθεί με τη συζήτηση πώς ένα καλαμάκι ή μολύβι σε ένα ποτήρι φαίνεται να έχει σπάσει όταν παρατηρείται από την πλευρά της, η οποία είναι μια καλή βάση για την εξέλιξη ερωτήσεις σχετικά με αυτό το θέμα. Οι θεωρητικές νόμοι της διάθλασης μπορεί στη συνέχεια να αποδειχθεί με τη δημιουργία ενός απλού πειράματος με κουτί παπουτσιών. Το πείραμα θα πρέπει να γίνει σε ομάδες των δύο ή τριών, δεδομένου ότι είναι λίγο δύσκολο. Ανάλογα με την ηλικία των μαθητών και για πόσο χρόνο το μάθημα προσφέρει, ο δάσκαλος θα μπορούσε επίσης να προετοιμάσει τις shoeboxes των προτέρων, προκειμένου να μειωθεί ο χρόνος που αφιερώνεται σε χειρωνακτικές εργασίες στην τάξη.

Όπως εξηγείται στο λεπτομερές έγγραφο ^w1 μπορείτε να κατεβάσετε από το τμήμα αναφοράς, θα χρειαστείτε ένα φακό, ένα κουτί παπουτσιών, ένα κοπίδι και ένα ποτήρι νερό. Προσεκτικά κόψτε δύο κάθετες σχισμές στο σύντομο τέλος του κουτί παπουτσιών. Ο χώρος μεταξύ των σχισμών δεν πρέπει να είναι ευρύτερο από το γυαλί. Όταν ο φακός έχει έλαμψε μέσα από τις δύο σχισμές θα πρέπει να δείτε δύο ευθείες γραμμές του φωτός. Τώρα, τοποθετήστε το ποτήρι του νερού στο κουτί, έτσι ώστε οι δύο λωρίδες του φωτός χτυπήσει το γυαλί. Όταν το ποτήρι νερό τοποθετείται πίσω από τις σχισμές, ωστόσο, διασχίζουν ο ένας τον άλλο. Αυτό είναι το αποτέλεσμα του φωτός επιβραδύνεται από το νερό, δεδομένου ότι έχει μια υψηλότερη οπτική πυκνότητα από τον αέρα. Σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης, το φως κάμπτεται προς τα μέσα και έτσι οι δύο ακτίνες φωτός τελικά σταυρό.

Η ηλιακή λάμπα

Έχοντας αποδείξει διάθλαση, μπορείτε να δείξει πώς η ηλιακή λάμπα εκμεταλλεύεται στο φως δωμάτια και σπίτια με περίπου όσο γίνεται περισσότερο φως σε 50-60 Watt λαμπτήρα πυρακτώσεως. Με μόνο ένα πλαστικό μπουκάλι γεμάτο από ανθρώπους νερού μπορεί να ανάψει τα δωμάτια και τις καλύβες τους. Αρχική έννοια Moser έχει αναπτυχθεί περαιτέρω από τις φιλανθρωπικές οργανώσεις να φέρει βιώσιμη και προσιτή φωτισμού για τις κοινότητες στην Αφρική, τις Φιλιππίνες, την Ινδία και άλλες χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας, χωρίς τη χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας ^w2 . Στην τάξη, θα πρέπει να λαμβάνει μόνο περίπου 10 λεπτά για να δημιουργήσετε τη δική σας εκδοχή.

Υλικά Χαρτόνι Ψαλίδι Στένσιλ Circle Μεγάλο πλαστικό μπουκάλι (1-2λ) Νερό Μεγάλο κουτί από χαρτόνι Δάδα

Διαδικασία 1. Κόψτε μια τρύπα στην οροφή του κουτιού: θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη, ώστε η φιάλη να μπορεί να περάσει μέσα από αυτό. Στη συνέχεια, κόψτε ένα παράθυρο που μοιάζει με άνοιγμα στο πλάι, ώστε να μπορείτε να δείτε στην πλώρη.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

2. Κόψτε ένα τετράγωνο 15x15cm έξω από το χαρτόνι

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

3. Ισοπαλία δύο ομόκεντρους κύκλους στη μέση της πλατείας με μια μεμβράνη.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

4. Κόψτε τον εσωτερικό κύκλο.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

5. Κόψτε σε διαστήματα από το εσωτερικό προς το εξωτερικό κύκλο και να λυγίσει αυτά τα κομμάτια προς τα πάνω.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

6. Βάλτε την τρύπα από χαρτόνι πάνω από το εμπόδιο και γεμίστε το μπουκάλι με νερό.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

7. Βάλτε Solar Bottle Bulb σας στην τρύπα στην οροφή της καλύβας του δείγματος και να λάμψει ένα φακό στο σημείο συμφόρησης.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

8. Παρατηρήστε την ηλιακή λάμπα διαμέσου του πλευρικού ανοίγματος.

Χορηγία εικόνας από Stephanie Ohlberger

Εξήγηση

Η ηλιακή λάμπα μπουκάλι βασίζεται στην αρχή της διάθλασης. Επειδή το φως από το φακό διέρχεται από ένα μέσο χαμηλότερου δείκτη (αέρα) σε ένα μέσο υψηλότερης δείκτη (νερό) η κάμψη ακτίνες φωτός μέσα στο νερό, στη συνέχεια, όταν το φως βγαίνει αυτό είναι απλωμένα γύρω από το δωμάτιο. Για να συμβεί αυτό το σημείο συμφόρησης πρέπει να κολλήσει έξω από την οροφή, ενώ η εξάπλωση της λυγισμένο ακτίνες φωτός γίνεται από το κύριο μέρος της φιάλης που κρέμεται από την οροφή (σχήμα 3), όπως και μια σωστή λαμπτήρα.Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτού του φωτός προσφοράς είναι η αειφορία και η ασφάλεια του. Δεν υπάρχουν κίνδυνοι των κινδύνων πυρκαγιάς με αυτό το είδος της "φανός" και είναι ανέξοδο να κάνει και ταιριάζει. Στην πράξη, το χλώριο προστίθεται στο νερό για να κρατήσει το νερό καθαρό και απαλλαγμένο από τα φύκια και τα μικρόβια, και οι βολβοί σφραγίζονται στις στέγες για να κάνει μια σφραγίδα που ο καιρός. ^W3 Υπάρχουν πολλά βίντεο στο διαδίκτυο για να δείξει πώς είναι γίνεται με κατάλληλο σπίτι οικοδομικά υλικά. ^w4

Συνέχεια στην ερώτηση Ανάλογα με την ηλικία των μαθητών, η ηλιακή λάμπα πείραμα θα μπορούσε να είναι μέρος ενός μεγαλύτερου διεπιστημονικού προγράμματος σχετικά με τα προβλήματα για τις αναπτυσσόμενες χώρες σε σχέση με τις εμπειρίες του μαθητή. Μετά βλέπουμε τη λάμπα σε δράση, οι μαθητές θα πρέπει να συνειδητοποιήσουν πόσο μεγάλη είναι η βελτίωση, η ηλιακή λάμπα μπουκάλι είναι για τους ανθρώπους χωρίς μια ασφαλή πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για να συγκρίνουμε ηλεκτρικό εξοπλισμό μας με αυτό το μέσο παραγωγής φωτός, οι μαθητές μπορούν να μετρήσουν τα διαφορετικά επίπεδα φωτός. Η κοινωνική κατάσταση των ατόμων που προσβάλλονται θα μπορούσε επίσης να γίνει το επίκεντρο της προσοχής και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως σημείο εκκίνησης για ένα έργο το σχολείο για να συγκεντρώσει τα χρήματα για να βοηθήσει την εξάπλωση της ηλιακής λαμπτήρες μπουκάλι σε υποβαθμισμένες περιοχές.

Σχήμα 3: Διάθλαση των φωτεινών ακτίνων μέσα στη φιάλη στο εσωτερικό του δείγματος καλύβα Χορηγία εικόνας της Stephanie Ohlberger

Συμπέρασμα

Η ηλιακή λάμπα είναι μια καινοτόμος λύση για το πρόβλημα των σπιτιών φωτισμού και παρέχει μια απλή επίδειξη της φυσικής που θα βοηθήσει παρακινήσει τους μαθητές να ασχοληθούν με το θέμα. Παρέχει επίσης μια εξαιρετική ευκαιρία για διεπιστημονική εργασία. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, τα παιδιά ασκούν την ομαδική εργασία και την κατανομή των αρμοδιοτήτων, ενισχύοντας έτσι τις κοινωνικές τους δεξιότητες. Εκτός από την εστίαση του περιεχομένου, η έμφαση του μαθήματος θα μπορούσε επίσης να τοποθετηθεί σχετικά με την επιστημονική μέθοδο με την καθιέρωση πρωτοκόλλων δοκιμής, η οποία θα είναι επωφελής για τις μελλοντικές εργασίες και σε άλλες φυσικές επιστήμες-θέματα. Η προσέγγιση της συμπερίληψης του ηλιακού λαμπτήρα μπουκάλι στη διδασκαλία έχει ήδη εφαρμοστεί σε πολλά σχολεία, ως μέρος των σχεδίων για το φως ή εναλλακτικών πηγών ενέργειας, έτσι ώστε οι μαθητές σας θα πρέπει να έχουν την ευκαιρία να βιώσουν διάθλαση του φωτός από πρακτική άποψη, καθώς και.

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 - Κατεβάστε τη λεπτομερή διαδικασία για να εκτελέσετε το πείραμα σε κουτί παπουτσιών του Word ή Pdf

w2 - Η ιστοσελίδα αυτή από το Ίδρυμα Myshelter δίνει μια καλή επισκόπηση της χρήσης των ηλιακών λαμπτήρων σε όλο τον κόσμο.

w3 - Για έναν οδηγό βήμα-βήμα για το πώς να κάνει ένα ηλιακό λαμπτήρα, βλέπε: http://bit.ly/1xT4xoM .

w4 - Για να παρακολουθήσετε ένα σύντομο βίντεο για το πώς να κάνει ένα ηλιακό λαμπτήρα, βλέπε: http://bit.ly/1oWt6wQ .

Πόροι

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την ηλιακή λαμπτήρες, δείτε:. Ξύλο, Α. (2012) Η Solar Bottle Bulb Επανάσταση .

Για κάποιες βασικές πληροφορίες σχετικά με την οπτική και τη φυσική του φωτός, βλέπε:

Hecht, Ε. (2002). Optics (4th ed.). Σαν Φρανσίσκο: Addison-Wesley.

. Waldman, Γ. (2002) Εισαγωγή στο φως: Η Φυσική του Φωτός, το όραμα και το χρώμα. Νέα Υόρκη: Δημοσιεύσεις του Ντόβερ.

Για καλή γενική υπόβαθρο πηγή πληροφοριών σχετικά με την επιστήμη εν γένει, βλέπε:

Taylor, C. (2000). The Kingfisher Science εγκυκλοπαίδεια . Λονδίνο: Kingfisher.

Αν βρήκατε αυτό το άρθρο ενδιαφέρον, μπορείτε να περιηγηθείτε τις άλλεςεκπαιδευτικές δραστηριότητες που δημοσιεύθηκε στο Science in School .

---

Ο Δρ Claas Wegner είναι ένας ανώτερος εκπαιδευτικός για την Βιολογία θέματα και PE σε ένα σχολείο δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και λέκτορας στο Πανεπιστήμιο του Bielefeld στο Τμήμα Διδακτικής της Βιολογίας.

Stephanie Ohlberger είναι ένα Master of Εκπαίδευση φοιτητών για την Βιολογία θέματα και αγγλική γλώσσα σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Είναι ένας επιστημονικός συνεργάτης στο Τμήμα Διδακτικής της Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Bielefeld.

Κριτική

Το άρθρο αυτό επικεντρώνεται στο σημαντικό θέμα της διάθλασης. Τα παιδιά μπορεί να γνωρίζουν ότι ένα καλαμάκι φαίνεται να λυγίζει όταν εισέρχεται σε ένα ποτήρι νερό, αλλά είναι δύσκολο για αυτούς να φανταστεί κανείς ότι είναι το φως που είναι πραγματικά κάμψη και όχι το άχυρο. Το πείραμα κουτί παπουτσιών θα πρέπει να είναι πολύ χρήσιμο να τους βοηθήσει να απεικονίσει την κάμψη των ακτίνων φωτός.

Η ιδέα ενός ηλιακού λαμπτήρα πρέπει ίντριγκα μικρά παιδιά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για μια συζήτηση σχετικά με τις πιθανές εφαρμογές κάθε μέρα της. Στα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αίθουσες ή χώρους στο σπίτι, όπως λαμπτήρες; Οι μαθητές μπορούν να προσλαμβάνονται για να συζητήσει τόσο τα πλεονεκτήματα όσο και τα μειονεκτήματα της χρήσης ενός τέτοιου συστήματος στο σπίτι. Κάποιος μπορεί να συζητήσουν τη χρήση του ηλιακού λαμπτήρα στο πλαίσιο της ανάπτυξης πράσινων κτιρίων, μειώνοντας την εξάρτησή μας από την ηλεκτρική ενέργεια, καθώς και την οικονομική αξία του.

Οι εκπαιδευτικοί μπορούν πολύ εύκολα να προσαρμόσει την ιδέα για ένα έργο το σχολείο, στο οποίο οι μαθητές διερευνήσει τη σκοπιμότητα και την αξία της εισαγωγής ενός τέτοιου συστήματος στο σπίτι ή στην ευρύτερη κοινότητα. Παρά το γεγονός ότι το άρθρο απευθύνεται κυρίως της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης, τόσο η επιστήμη όσο και οι καθηγητές φυσικής σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης θα πρέπει να βρείτε χρήσιμες κατά την εισαγωγή της έννοιας της διάθλασης.

Paul Xuereb, Μάλτα

---

Συστάσεις κριτικού: Φυσική Ηλικίες 8-11

Ο τρόπος του δράκου: χημεία για τα μικρά παιδιά

Submitted by p.amponsah on 02 June 2014

Μεταφρασμένο από τον Κωνσταντίνο Μιχαλοδημητράκη

Της Anna Gunnarsson

Πορτραίτο της Μπέρτα.. Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Karin Södergren

Στην Σουηδία ζει ένας μικρός πράσινος δράκος που λέγεται Μπέρτα και προσκαλεί μικρά παιδιά να την συνοδεύσουν στις περιπέτειές της στην Χώρα των Δράκων – όλες αυτές έχουν σχέση με την χημεία. Στο επιστημονικό κέντρο NAVET στην πόλη Μπορός (Borås) στην Σουηδία, δημιουργήσαμε την Μπέρτα τον Δράκο ως ένα τρόπο εισαγωγής πολύ μικρών παιδιών (4-8 ετών) στην επιστήμη. Ο δράκος είναι μια κούκλα κουκλοθέατρου που διδάσκει τα παιδιά για τον φανταστικό κόσμο της χημείας μέσω πειραμάτων, χρησιμοποιώντας ως έναυσμα ιστορίες της ίδιας της Μπέρτα. Οι πρώτες ιστορίες για την Μπέρτα ήταν τόσο δημοφιλείς που εκδόθηκαν το 2010 στο βιβλίο: Το Βιβλίο της Μπέρτα για Πειράματα:Συναρπαστικά παραμύθια χημείας από την Χώρα των Δράκων (Berta’s Book of Experiments: Exciting chemical fairy tales from Dragon Land). Από τότε έχει βγει και δεύτερο βιβλίο με την Μπέρτα.

Ο σκοπός όλων των ασκήσεων με την Μπέρτα είναι να προαχθεί η κατανόηση και χρήση της χημείας στην πραγματική ζωή, με απλά καθημερινά υλικά τα οποία είναι γνώριμα σε όλους. Τα υλικά δεν είναι τοξικά και τα περισσότερα από αυτά μπορούν να βρεθούν στα ράφια των σουπερμάρκετ, οπότε τα παιδιά μπορούν να τα χειριστούν χωρίς να χρειάζεται πολύπλοκος ή ακριβός εργαστηριακός εξοπλισμός. Τα πειράματα καλύπτουν πολλούς διαφορετικούς τομείς της χημείας – όπως διαλύματα, αέρια, οξέα και βάσεις – και είναι όλα σχεδιασμένα έτσι ώστε να μπορούν να γίνουν όχι μόνο σε επιστημονικά κέντρα ή σχολεία, αλλά και στο σπίτι.

Παιδιά που κάνουν πειράματα Χημείας. Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Joakim Lenell

Τι κάνει μία άσκηση με την Μπέρτα καλή;

Όλες οι ασκήσεις με την Μπέρτα έχουν δοκιμαστεί με μικρά παιδιά πολλές φορές και για αρκετά χρόνια έτσι ώστε να εξασφαλιστεί το ότι είναι ενδιαφέρουσες και εύκολο να γίνουν. Όταν επιλέγουμε ασκήσεις για την Μπέρτα και τους μικρούς πειραματιστές φίλους της, πάντα αναζητούμε τα εξής βασικά στοιχεία:
- Ασφάλεια: μπορούν τα παιδιά να κάνουν πειράματα με τα συστατικά με ασφάλεια, ακόμα και εάν κάποια από αυτά τύχει να καταλήξουν στο στόμα τους (δεν έχει σημασία εάν έχουν άσχημη γεύση – αλλά πρέπει να είναι εδώδιμα για να το καταλάβουν);
- Απήχηση στα παιδιά: είναι τα αποτελέσματα διασκεδαστικά, αρκετά ξεκάθαρα για να τα δεις ή να τα αγγίξεις και λίγο απροσδόκητα ή ακόμα και εκπληκτικά;
- Εξερεύνηση: θέτει το χημικό κομμάτι ενδιαφέρουσες ερωτήσεις και θα οδηγήσει σε νέα πειράματα και εμπειρίες;

Φωτογραφία της Μπέρτα. Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Adam Danielsson

Επίσης χρειάζεται να υπάρχει κάποιο στοιχείο αλληλεπίδρασης με άλλους, καθώς αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο μαθαίνουμε τα περισσότερα. Μερικά από τα πειράματα είναι πιο επιτυχημένα όταν μαζεύεται γύρω γύρω μία μεγάλη ομάδα παιδιών και συζητούν, εξερευνούν και ρίχνουν μέσα τα συστατικά μαζί μας καθώς προχωράμε· άλλα πειράματα δουλεύουν καλύτερα με δυάδες ή μικρές ομάδες.

Σε αυτό το άρθρο περιγράφουμε τρεις δημοφιλείς ασκήσεις που είναι χαρακτηριστικές του στυλ της Μπέρτα. Ενώ τα πειράματα είναι διαφορετικά έχουν όλα το ίδιο χαρακτηριστικό για να μετατρέψουν το γνώριμο σε ενδιαφέρον.

Άσκηση 1: Σαπουνόφουσκες που επιπλέουν Ηλικιακή ομάδα: 4-8 ετών Υλικά 4 κουταλιές της σούπας όξινο ανθρακικό νάτριο (NaHCO3 επίσης γνωστό ως διττανθρακικό νάτριο και μαγειρική σόδα) Νερό - αρκετό για να γεμίσει το βαθύ δοχείο σε ύψος 2 εκατοστών 2 κουταλιές της σούπας κιτρικό οξύ Ένα έτοιμο μίγμα για σαπουνόφουσκες Ένα μικρό ενυδρείο ή παρόμοιο δοχείο με ίσιες πλευρές Ένα κομμάτι χαρτί για να καλυφθεί από επάνω το δοχείο Διαδικασία

Πρόσκρουση μίας σταγόνας νερού Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Roger McLassus/ Wikimedia Commons

Σαπουνόφουσκες.  Image courtesy of Emelie Gunnarsson

Αναμείξτε 4 κουταλιές της σούπας όξινου ανθρακικού νατρίου με 2 κουταλιές κιτρικού οξέως. Απλώστε το μίγμα στον πάτο του δοχείου. Ρίξτε λίγο νερό πάνω στο μίγμα: από πού έρχεται ο ήχος; Καλύψτε το δοχείο με χαρτί: γιατί είναι σημαντικό να το κάνουμε αυτό; Περιμένετε 3-4 λεπτά. Όσο περιμένετε κάντε σαπουνόφουσκες – αυτό μπορούν να το κάνουν και τα παιδιά. Με τι είδους αέριο τις γεμίζουμε; Τι ξέρουμε για το αέριο που βγαίνει από το στόμα μας; Σηκώστε το χαρτί από το δοχείο και φυσήξτε σαπουνόφουσκες από πάνω του, αφήνοντας μερικές να πέσουν στο διοξείδιο του άνθρακα που έχει σχηματιστεί. Γιατί φαίνεται να επιπλέουν οι φούσκες αρκετά πάνω από το υγρό και δεν πέφτουν στην επιφάνειά του;

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Όταν προστίθεται το νερό, το όξινο ανθρακικό νάτριο και το κιτρικό οξύ διαλύονται σε αυτό και αρχίζουν να αντιδρούν. Δημιουργείται αέριο διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο κάνει ένα χαρακτηριστικό θόρυβο αφρισμού καθώς το αέριο απλώνεται στο δοχείο.

Το αέριο διοξείδιο του άνθρακα είναι πιο πυκνό από τον γύρω αέρα οπότε δεν φεύγει όλο, αλλά υπάρχει ακόμα πιθανότητα να διαφύγει εξαιτίας αναταραχών στον αέρα (και είναι πολύ δύσκολο να δεις που πηγαίνει καθώς είναι άχρωμο). Αυτός είναι ο λόγος που βάζουμε το χαρτί πάνω από το δοχείο και το αφήνουμε εκεί μέχρι να σχηματιστεί όλο το αέριο και να είναι όλα έτοιμα για τις σαπουνόφουσκες. Οι σαπουνόφουσκες περιέχουν αέρα, οπότε έχουν μικρότερη πυκνότητα από το αέριο διοξείδιο του άνθρακα· αυτό συνεπάγεται ότι επιπλέουν πάνω στο αέριο, δείχνοντας ότι το αέριο είναι εκεί και πού τελειώνει.

Εάν μία σαπουνόφουσκα συνεχίσει να επιπλέει για λίγο, θα δείτε ότι σιγά σιγά μεγαλώνει. Αυτό οφείλεται στο ότι το αέριο διοξείδιο του άνθρακα μπαίνει μέσα στην σαπουνόφουσκα πιο γρήγορα από ότι βγαίνει ο αέρας έξω από αυτή. Αυτό κάνει την φούσκα βαρύτερη και τελικά θα βυθιστεί στο κάτω μέρος του αέριου στρώματος. Ιδέα για ένα πείραμα ως συνέχεια Τι θα συμβεί εάν το αέριο διοξείδιο του άνθρακα σχηματιστεί μέσα σε μία πλαστική σακούλα;

Αντανάκλαση σε μία σαπουνόφουσκα Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Trodel / Flickr

Άσκηση 2: Παίρνοντας εσπεριδοειδή για κολύμπι 
Ηλικιακή ομάδα: 4-8 ετών

Διαφορετικά εσπεριδοειδή συμπεριφέρονται διαφορετικά όταν τα ρίξουν στο νερό.  Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Emelie Gunnarsson

Υλικά 1 μοσχολέμονο 4 άλλα εσπεριδοειδή, π.χ. λεμόνια, γκρέιπφρουτ, πορτοκάλια, μανταρίνια, κτλ. Ένα μαχαίρι για το ξεφλούδισμα φρούτων Ένα μεγάλο διαφανές δοχείο (με βάθος τουλάχιστον 20 εκατοστά)

Διαδικασία Γεμίστε το μεγάλο δοχείο με νερό. Συζητήστε τι μπορεί να συμβεί όταν ρίξουμε τα φρούτα στο νερό. Ας αφήσουμε τα φρούτα να «πάνε για κολύμπι». Γιατί μερικά επιπλέουν καλύτερα από τα άλλα; Ξεφλουδίστε τα φρούτα πολύ προσεχτικά – έτσι ώστε η φλούδα να παραμείνει ένα συμπαγές κομμάτι – και αφαιρέστε όλη την άσπρη ψίχα από τα φρούτα. Συζητήστε τι μπορεί να συμβαίνει όταν τα φρούτα ξαναρίχνονται στο νερό χωρίς την φλούδα τους. Αφήστε να φρούτα να «κολυμπήσουν» ξανά και δείτε τι γίνεται. Συζητήστε τι έχει αλλάξει και γιατί μπορεί αυτό να συμβαίνει. Πάρτε κάθε φρούτο και βάλτε του το «σωσίβιό» του (την φλούδα του) και μετά ξαναβάλτε τα στο νερό. Τι επίδραση έχει η φλούδα; Συζητήστε τι θα συμβεί όταν ρίξετε τις φλούδες στο νερό χωρίς το φρούτο – μετά δοκιμάστε το και δείτε. Σχετικά με το τι συμβαίνει

Τα πράσινα εσπεριδοειδή έχουν πολύ λίγη άσπρη ψίχα, οπότε μερικές φορές πέφτουν στον πάτο του δοχείου.  Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Emelie Gunnarsson

Τα πορτοκάλια έχουν αρκετή άσπρη ψίχα για να επιπλέουν όταν ριχτούν στο νερό.  Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Emelie Gunnarsson

Τα περισσότερα εσπεριδοειδή επιπλέουν στο νερό όταν είναι ολόκληρα, αλλά αυτό αλλάζει όταν αφαιρεθεί η φλούδα τους. Τα ανέπαφα φρούτα επιπλέουν γιατί μεγάλες ποσότητες αέρα κατακρατιούνται στην σπογγώδη άσπρη ψίχα, κάτι που τους δίνει μικρότερη πυκνότητα από τα ξεφλουδισμένα φρούτα. Εάν η φλούδα αφαιρεθεί ως ένα κομμάτι, μπορούμε να την βάζουμε και να την βγάζουμε από το φρούτο, σαν ένα σωσίβιο και γίνεται εμφανής η διαφορά που κάνει η φλούδα στην άνωση που ασκείται στο φρούτο. Από αυτή την άποψη η διαφορά μεταξύ λεμονιών και μοσχολεμονιών είναι ενδιαφέρουσα. Καί τα δύο φρούτα έχουν πυκνότητα πολύ κοντά σε αυτή του νερού. Όμως τα μοσχολέμονα πάντα βυθίζονται, καθώς έχουν ελαφρώς μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό (γιατί δεν έχουν σχεδόν καθόλου άσπρη ψίχα), ενώ τα λεμόνια άλλοτε επιπλέουν και άλλοτε βυθίζονται, ανάλογα με το πόση άσπρη ψίχα περιέχουν.

Ιδέα για ένα πείραμα ως συνέχεια Τι θα συμβεί αν δοκιμάσουμε το ίδιο με άλλα φρούτα και λαχανικά;

Η Μπέρτα ο δράκος με εσπεριδοειδή Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Emelie Gunnarsson

Άσκηση 3: Παράσταση σταγονιδίων

Υλικά

Διττανθρακικό νάτριο ή όξινο ανθρακικό νάτριο  Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Thavox, Wikimedia

Φυτικό λάδι 1 κουταλιά της σούπας όξινου ανθρακικού νατρίου (γνωστό και ως διττανθρακικό νάτριο) 1 λεμόνι 100 ml χυμού από κόκκινο λάχανοw1 ή μύρτιλο. Ένα ψηλό και λεπτό γυάλινο δοχείο Ένα ποτήρι Ένα κουτάλι

Διαδικασία Βάλτε στο βάζο 1 κουταλιά της σούπας όξινο ανθρακικό νάτριο. Ρίξτε από επάνω φυτικό λάδι έτσι ώστε να γεμίσουν περίπου τα δύο τρίτα του δοχείου. Παρακολουθήστε το δοχείο πολύ προσεκτικά. Τι είδους φυσαλίδες ανεβαίνουν προς τα πάνω; Πού πάνε αφού φτάσουν στην επιφάνεια; Αναμείξτε 100 ml χυμού με λίγο νερό – ίσα ίσα για να φανεί το πραγματικό του χρώμα (μωβ για το λάχανο, μπλε για το μύρτιλο). Συζητήστε τι χρώμα μπορεί να πάρει ο χυμός εάν τον κάνουμε ξινό χρησιμοποιώντας χυμό λεμονιού. Στύψτε λίγο λεμόνι στο χυμό και αναδεύστε. Γιατί αλλάζει το χρώμα; Ρίξτε λίγο από αυτό το μίγμα του χυμού στο φυτικό έλαιο. Τι συμβαίνει στα σταγονίδια του χυμού; Πώς κινούνται; Τι γίνεται με τις διαφανείς φυσαλίδες που σχηματίζονται; Δείτε τον χυμό στον πάτο του δοχείου. Τι χρώμα έχει; Πώς αλλάζει μετά από λίγο; Εάν η αντίδραση επιβραδύνεται, προσθέστε λίγο ακόμα χυμό λεμονιού στο βάζο.

Ελαιόλαδο Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Lemone / Wikimedia Commons

Σχετικά με το τι συμβαίνει

Παιδιά που κάνουν πειράματα μαζί με την Μπέρτα.  Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Joakim Lenell

Το όξινο ανθρακικό νάτριο στον πάτο του δοχείου περιέχει λίγο αέρα παγιδευμένο στην σκόνη. Όταν χύνεται το φυτικό έλαιο πάνω του, ο αέρας σχηματίζει φυσαλίδες που ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Το κόκκινο λάχανο και το μύρτιλο περιέχουν φυσικές βαφές οι οποίες είναι ευαίσθητες σε αλλαγές στην οξύτητα και γίνονται καί οι δύο κόκκινες όταν αναμειχθούν με χυμό λεμονιού, που είναι όξινος (pH 3). Οι κόκκινες σταγόνες του χυμού περνούν μέσα από το φυτικό έλαιο γιατί περιέχουν κυρίως νερό, το οποίο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το λάδι. Όταν ο όξινος χυμός έρθει σε επαφή με το όξινο ανθρακικό νάτριο ξεκινά μία χημική αντίδραση, κατά την οποία παράγεται αέριο διοξείδιο του άνθρακα, κάνοντας τον χυμό λιγότερο όξινο. (Το όξινο ανθρακικό νάτριο είναι αλκαλικό όταν διαλύεται στο νερό, οπότε εξουδετερώνει το οξύ όταν αντιδρούν μεταξύ τους).

Οι μεγαλύτερες φυσαλίδες του διοξειδίου του άνθρακα μπορούν κατόπιν να ανέβουν γρήγορα στην επιφάνεια του λαδιού, ενώ οι μικρότερες μαζεύονται στην επιφάνεια των σταγονιδίων του χυμού, κάνοντάς τες να επιπλέουν και αυτές προς τα πάνω. Όταν το αέριο απελευθερώνεται στην επιφάνεια, τα σταγονίδια του χυμού βυθίζονται ξανά στον πάτο, όπου παίρνουν και άλλο αέριο από την αντίδραση και ανεβαίνουν ξανά. Επίσης γίνονται λίγο πιο αλκαλικά κάθε φορά, κάτι βλέπουμε ως αλλαγή στο χρώμα προς το μπλε ή μωβ. Ιδέα για ένα πείραμα ως συνέχεια Δείτε πόσα διαφορετικά χρώματα μπορείτε να έχετε προσθέτοντας μόνο διαφορετικές ποσότητες χυμού λεμονιού και όξινου ανθρακικού νατρίου σε χυμό από μύρτιλο ή/και κόκκινο λάχανο.

Δάσκαλοι που παρακολουθούν τις φυσαλίδες στο δοχείο κατά το τέλος του πειράματος. Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά του Joakim Lenell

Αναφορές

Gunnarsson A., Södergren K. (2010) Berta’s Book of Experiments: Exciting chemical fairy tales from Dragon Land (Το Βιβλίο της Μπέρτα για Πειράματα: Συναρπαστικά παραμύθια χημείας από την Χώρα των Δράκων). Navet and P&K (The Swedish Plastics and Chemicals Federation), Sweden. ISBN: 978-91-85107- 22-3 (διαθέσιμο στα Σουηδικά, Αγγλικά και Νορβηγικά)

Gunnarsson A., Södergren K. (2013) Berta´s New Chemistry Adventures (Οι νέες Περιπέτειες της Μπέρτα στην Χημεία). Navet and IKEM (Innovation and Chemical Industries), Sweden. ISBN: 978-91-85107-23-0 (διαθέσιμο στα Σουηδικά και Νορβηγικά)

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Μπορείτε να κατεβάσετε την συνταγή για την εκχύλιση χυμού από κόκκινο λάχανο από την ιστοσελίδα του Science in School.

Πηγές

Μάθετε περισσότερα για το Επιστημονικό Κέντρο NAVET (NAVET Science Center)· η ιστοσελίδα είναι κυρίως στα Σουηδικά, αλλά μερικά τμήματα είναι καί στα Αγγλικά.

Για να δείτε περισσότερα πειράματα της Μπέρτα, επισκεφτείτε την ιστοσελίδα της ή την σελίδα της στο Facebook (και οι δύο είναι στα Σουηδικά).

Μάθετε περισσότερα για την χρήση του χυμού από λάχανο ως δείκτης του pH.

Περισσότερες ασκήσεις σε αντιδράσεις οξέων/βάσεων.

Εάν βρήκατε χρήσιμο αυτό το άρθρο, μπορεί να θέλετε να εξερευνήσετε άλλεςδιδακτικές ασκήσεις που έχουν εκδοθεί στο Science in School. Αλλιώς μπορείτε να ξεφυλλίσετε τα υπόλοιπα άρθρα στο Science in School για το δημοτικό.

---

Η Anna Gunnarsson εργάζεται στο Επιστημονικό Κέντρο NAVET, στην πόλη Μπορός, στην Σουηδία, ως δάσκαλος και διαχειρίστρια προγραμμάτων. Είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη ασκήσεων για μικρά παιδιά στην χημεία και άλλα επιστημονικά προγράμματα στην επιστήμη, μαθηματικά και τεχνολογία σε εθνικό και διεθνές επίπεδο.

Κριτική

Συνήθως δεν περιλαμβάνονται πειράματα χημείας στο δημοτικό, ειδικά στα πρώτα χρόνια. Αυτό το άρθρο δείχνει μερικές καινοτόμες και ενδιαφέρουσες ασκήσεις και προσφέρει έναν εναλλακτικό τρόπο διδασκαλίας της χημείας στον οποίο θα μπορεί κάθε μαθητής να συμμετέχει και να τον καταλάβει. Δεν νομίζω ότι πολλοί δάσκαλοι στην Κύπρο συμπεριλαμβάνουν χημεία στις τρεις ή τέσσερις πρώτες τάξεις του δημοτικού. Αυτό το άρθρο μπορεί να σχηματίσει την βάση για να αλλάξει αυτή η παράδοση και να καλέσουμε τους μικρούς μαθητές να συμμετέχουν σε διασκεδαστικά μαθήματα που θα είναι πηγές έμπνευσης. Όμως, είναι σημαντικό να μην χρησιμοποιούνται αυτές οι ασκήσεις μόνο ως πειράματα επίδειξης και περιγραφής. Οι δάσκαλοι θα πρέπει να είναι καλά προετοιμασμένοι για την συζήτηση που θα ακολουθήσει. Πρέπει να είναι προετοιμασμένοι από την παιδαγωγική πλευρά του μαθήματος. Για παράδειγμα, οι ερωτήσεις που θα τεθούν από τον δάσκαλο, η συζήτηση μεταξύ των μαθητών της ίδιας ομάδας και οι εξηγήσεις που αναπτύσσουν (με την βοήθεια του δασκάλου) είναι το πιο σημαντικό μέρος του πειράματος. Αυτά δεν παρέχονται εδώ, αλλά εναποτίθενται στον δάσκαλο για να τα ετοιμάσει.

Christiana Th. Nicolaou, Πανεπιστήμιο της Κύπρου