Scenariusz zajęć

Autor: Daria Szeliga, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Jak wpływa budowa cząsteczek związków organicznych na ich właściwości?

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

XII. Wstęp do chemii organicznej. Uczeń:

6) wyjaśnia wpływ budowy cząsteczek (kształtu łańcucha węglowego oraz obecności podstawnika lub grupy funkcyjnej) na właściwości związków organicznych.

Zakres rozszerzony

XII. Wstęp do chemii organicznej. Uczeń:

8) wyjaśnia wpływ budowy cząsteczek (kształtu łańcucha węglowego oraz obecności podstawnika lub grupy funkcyjnej) na właściwości związków organicznych; porównuje właściwości różnych izomerów konstytucyjnych; porównuje właściwości stereoizomerów (enancjomerów i diastereoizomerów);

Kształtowane kompetencje kluczowe:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji;

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;

• kompetencje cyfrowe;

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne

Uczeń:

• wymienia elementy budowy cząsteczek związków organicznych wpływające na ich właściwości fizyczne oraz chemiczne;

• wyjaśnia, w jaki sposób budowa cząsteczek związków organicznych wpływa na ich właściwości fizyczne oraz chemiczne.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna

Metody i techniki nauczania:

• ćwiczenia uczniowskie;

• grafika interaktywna;

• dyskusja dydaktyczna;

• analiza materiału źródłowego;

• tarcza strzelnicza.

Formy pracy:

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

• komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu;

• tablica interaktywna/tablica i kreda/pisak;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel zapisuje na tablicy przykładowe wzory alkanów (np. metanu, butanu, oktanu) i zadaje pytanie: czym one się różnią? Następnie zapisuje na tablicy kilka wartości temperatur wrzenia różnych związków karboksylowych (np. metanolu, metanalu i kwasu metanowego; etanolu, etanalu i kwasu etanowego; butan‑1-olu, butanalu i kwasu butanowego) i zadaje uczniom pytania: co decyduje o tych różnych wartościach? Co w tych konkretnych przypadkach może mieć wpływ na te różnice wartości?

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Uczniowie starają się odpowiedzieć na pytanie: Jakie elementy budowy cząsteczek związków organicznych wpływają na ich właściwości fizyczne i chemiczne?

3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują na kartkach i gromadzą w portfolio.

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel wskazuje, że najważniejszymi elementami budowy cząsteczek związków organicznych, które wpływają na ich właściwości są: długość i kształt łańcucha węglowego, występowanie podstawników oraz grupy funkcyjne. Nauczyciel zadaje pytania:

• Jaki wpływ może mieć długość i kształt łańcucha węglowego na właściwości związków organicznych? (Przykładowe odpowiedzi: im dłuższy łańcuch węglowodorowy oraz bardziej rozgałęziony tym wyższa temperatura wrzenia i topnienia danego związku organicznego. Im większa masa molowa związku organicznego, wynikająca z co raz dłuższego łańcucha węglowego, tym związek chemiczny jest mniej lotny. Nasycony łańcuch węglowy ulega reakcjom substytucji wolnorodnikowej, które zachodzą pod wpływem światła. Nienasycony łańcuch węglowy ulega reakcjom addycji elektrofilowej. Jeżeli łańcuch węglowy tworzy pierścień aromatyczny to ulega reakcjom substytucji elektrofilowej.)

• W jaki sposób występowanie grup funkcyjnych może mieć wpływ na właściwości związków organicznych? (Im bardziej polarna grupa funkcyjna, tym dany związek organiczny jest lepiej rozpuszczalny w rozpuszczalniku polarnym, np. w wodzie lub metanolu. Grupa funkcyjna stanowi podstawowe kryterium podziału jedno- i wielofunkcyjnych pochodnych węglowodorów.)

2. Uczniowie wraz z nauczycielem tworzą mapę myśli, w której przedstawiają właściwości jednofunkcyjnych pochodnych węglowodorów, wynikające z występowania określonej grupy funkcyjnej w cząsteczce związku.

3. Nauczyciel zwraca uwagę na właściwości wielofunkcyjnych związków organicznych, które są sumą składowych poszczególnych grup funkcyjnych oraz innych elementów budowy. Nauczyciel zadaje kolejne pytanie uczniom: W jaki sposób występowanie podstawników może mieć wpływ na właściwości związków organicznych? (Występujące w węglowodorach alifatycznych podstawniki determinują główne produkty substytucji rodnikowej, gdyż to najbardziej podstawione oraz najwyżej rzędowe atomy węgla ulegają podstawieniu w pierwszej kolejności. Występowanie podstawników w węglowodorach aromatycznych determinuje produkty substytucji elektrofilowej. Jest to tzw. „wpływ kierujący podstawników”. Jedne z podstawników (np. -Cl, -OH, -CHIndeks dolny 3₃) kierują inne podstawniki w pozycje orto oraz para, a inne (np. -COOH, -NOIndeks dolny 2₂, -CHO) w pozycję meta. W przypadku jedno- i wielofunkcyjnych pochodnych węglowodorów podstawienie atomami fluorowców kwasów karboksylowych zwiększa ich kwasowość. W przypadku fenoli wpływa na produkty substytucji elektrofilowej a dodanie grupy hydroksylowej do łańcucha węglowodorowego kwasów karboksylowej powoduje wewnętrzną estryfikację. Im większa masa molowa związku organicznego, wynikająca z wprowadzenia ciężkich podstawników (o dużej masie molowej, np. -Br) tym związek chemiczny jest mniej lotny.)

4. Uczniowie pracują w parach z częścią „Sprawdź się”. Wykonują zadania. Nauczyciel może wyświetlić treść poleceń na tablicy multimedialnej. Po każdym przeczytanym poleceniu, daje uczniom określony czas na zastanowienie się, a następnie chętny uczeń z danej pary udziela odpowiedzi/prezentuje rozwiązanie na tablicy. Pozostali uczniowie ustosunkowują się do niej, proponując ewentualnie swoje pomysły. Nauczyciel w razie potrzeby koryguje odpowiedzi, dopowiada istotne informacje, udziela uczniom informacji zwrotnej. Ćwiczenia, których uczniowie nie zdążą wykonać podczas lekcji mogą być zlecone do wykonania w ramach pracy domowej.

Faza podsumowująca:

1. Uczniowie w parach mają za zadanie przeanalizować grafikę interaktywną zawartą w serii „Multimedium” e‑materiału, wykonać polecenie oraz ćwiczenia.

2. Tarcza strzelnicza. Celem tej metody jest bardzo szybkie uzyskanie informacji zwrotnej. Uczniowie na tarczy strzelniczej, zawieszonej w sali lekcyjnej, z użyciem małych kolorowych samoprzylepnych karteczek, zaznaczają w skali od 0 do 10 swoje „strzały”. Koło można podzielić na części, w których oceniać można różne aspekty pracy, np. przydatność, atrakcyjność, stopień trudności materiału, zaangażowanie uczniów, zainteresowanie tematem, stopień opanowania zagadnienia, wynikający z zamierzonych do osiągnięcia celów lekcji, itp. Nauczyciel może odnieść się do tego ogólnie w ramach podsumowania.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują w e‑materiale w sekcji „Sprawdź się” pozostałe ćwiczenia, których nie zdążyli wykonać na lekcji.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Grafika interaktywna może być wykorzystana do samokształcenia, np. przed pracą kontrolną.

Materiały pomocnicze:

Nauczyciel przygotowuje planszę z tarczą strzelniczą oraz małe kolorowe samoprzylepne karteczki dla uczniów.