Scenariusz zajęć

Autor: Aleksandra Marszałek‑Harych, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Jak definiuje się entropię?

Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Poziom podstawowy i rozszerzony

Wymagania ogólne

II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń:

5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych z zastosowaniem metody naukowej;

6) stosuje poprawną terminologię;

7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.

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:

• definiuje pojęcie entropii;

• wyjaśnia zależność entropii od liczby mikrostanów zgodnie z założeniami Boltzmanna;

• oblicza zmianę entropii standardowej dla reakcji chemicznych;

• proponuje znak zmiany entropii dla różnych procesów.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• problemowa.

Metody i techniki nauczania:

• burza mózgów;

• dyskusja dydaktyczna;

• analiza materiału źródłowego;

• ćwiczenia uczniowskie;

• eksperyment chemiczny;

• film samouczek;

• technika zdań podsumowujących.

Forma pracy:

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca zbiorowa.

Środki dydaktyczne

• komputery z głośnikami, sluchawkami/smartfony/tablety z dostępem do internetu;

• podręczniki tradycyjne;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• rzutnik multimedialny;

• tablica interaktywna/tablica

• aplikacja Mentimeter.

*Przed lekcją

1. Uczniowie proszeni są o przygotowanie równej ilości kolorowych kuleczek (dwa kolory), mogą przygotować poprzez pomalowanie ziaren grochu na dwa różne kolory.

Przebieg zajęć

Faza wstępna

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel pyta uczniów: czy można przewidzieć, czy dany proces zachodzi w określonych warunkach? Jeśli tak, to w jaki sposób? Jak na podstawie stanów skupienia wody (wzajemnych przejść między nimi) można wyjaśnić zjawisko entropii na podstawie ?

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Burza mózgów wokół pojęcia entropia. Nauczyciel może wykorzystać aplikację Mentimeter z użyciem smartfonów/tabletów.

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

Faza realizacyjna:

1. Eksperyment chemiczny – praca w parach. Nauczyciel rozdaje uczniom cylindry miarowe. Uczniowie wsypują kulki w jednym kolorze do cylindra miarowego, następnie tak, aby nie naruszyć warstwy pierwszej, wrzucają kulki w drugim kolorze. Następnie są proszeni o wstrząśniecie cylindrem. Na tym etapie uczniowie obserwują zmianę, że początkowe uporządkowanie kuleczek zostaje zastąpione wzrastającym stopniowo przypadkowym ułożeniem kuleczek. To nieuporządkowanie obrazuje nieodwracalność i samorzutność procesu mieszania i jest napędzane zmianą entropii (miara nieuporządkowania układu). Powrót do stanu początkowego zdaje się być nieprawdopodobny, ponieważ należałoby czekać bardzo długo na taką fluktuację. Taka próba jest tym bardziej nieprawdopodobna, jak samoistne przekształcenie nieporządku w naszym otoczeniu (np. w pokoju) na ład i porządek. Na podstawie tego przykładu, uczniowie definiują pojęcie entropii na forum klasy. Następnie, w celu konfrontacji definicji sformułowanej przez uczniów, nauczyciel odsyła uczniów do tekstu w e‑materiale.

2. Analiza tekstu źródłowego w e‑materiale – uczniowie poszukują odpowiedzi na postawione pytania: Jak zmienia się entropia w zależności od stanu skupienia? Od czego zależy entropia? Chętni lub wskazani uczniowie udzielają odpowiedzi na forum klasy. Nauczyciel weryfikuje poprawność merytoryczną uczniów i wyjaśnia ewentualnie niezrozumiałe kwestie.

3. Uczniowie analizują dwa przykłady obliczeń zawartych w e‑materiale. Po minionym czasie, nauczyciel wyświetla na tablicy multimedialnej film samouczek. Ewentualne niezrozumiałe kwestie nauczyciel wyjaśnia na forum klasy.

4. Uczniowie samodzielnie wykonują ćwiczenia w e‑materiale – „Sprawdź się”, po czym chętne osoby prezentują odpowiedzi na forum. Nauczyciel weryfikuje poprawność merytoryczną rozwiązań i wyjaśnia ewentualnie niezrozumiale kwestie.

Faza podsumowująca

1. Na zakończenie zajęć nauczyciel zadaje uczniom pytanie: Wyjaśnij pojęcia: termodynamika, entropia. Jakim wzorem możemy wyrazić entropię? Co to jest entropia standardowa? Jak zmienia się entropia w zależności od stanu skupienia?Od czego zależy entropia?

2. Jako podsumowanie lekcji nauczyciel może wykorzystać zdania do uzupełnienia, które uczniowie również zamieszczają w swoim portfolio:

• Przypomniałem/łam sobie, że...

• Co było dla mnie łatwe...

• Czego się nauczyłam/łem...

• Co sprawiało mi trudność...

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia zawarte w e‑materiale – „Sprawdź się”.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Film samouczek może być wykorzystany przez uczniów jako pomoc w przygotowaniu do zajęć, czy sprawdzianu oraz przez uczniów, którzy byli nieobecni na lekcji.

Materiały pomocnicze:

1. Doświadczenie:

Sprzęt i szkło laboratoryjne: kulki w dwóch kolorach, cylindry miarowe

2. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):

• Wyjaśnij pojęcia: termodynamika, entropia.

• Jakim wzorem możemy wyrazić entropię?

• Co to jest entropia standardowa?

• Jak zmienia się entropia w zależności od stanu skupienia?

• Od czego zależy entropia?