Scenariusz zajęć

Autor: Jakub Skuta, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Katalityczne uwodornienie benzenu

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

Podstawa programowa:

Zakres rozszerzony

XIII. Węglowodory. Uczeń:

11) opisuje właściwości chemiczne węglowodorów aromatycznych na przykładzie reakcji: spalania, z ${\text{Cl}}_2$ lub ${\text{Br}}_2$ wobec katalizatora albo w obecności światła, nitrowania, katalitycznego uwodornienia; pisze odpowiednie równania reakcji dla benzenu i metylobenzenu (toluenu) oraz ich pochodnych, uwzględniając wpływ kierujący podstawników (np. atom chlorowca, grupa alkilowa, grupa nitrowa, grupa hydroksylowa, grupa karboksylowa).

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:

• pisze równanie uwodornienia benzenu oraz omawia warunki tej reakcji;

• wyjaśnia, jak przebiega reakcja substytucji elektrofilowej przy pierścieniu aromatycznym;

• podaje trzy przykłady reakcji substytucji elektrofilowej przy pierścieniu aromatycznym;

• pisze wzory i nazwy produktów substytucji elektrofilowej przy pierścieniu aromatycznym;

• wyjaśnia, na czym polega kierujący wpływ podstawników;

• definiuje podstawniki I i II‑rodzaju;

• wymienia kilka przykładów podstawników I- i II‑rodzaju;

• planuje wieloetapowy schemat otrzymywania zadanych związków;

• wymienia podstawowe właściwości związków w zależności od rzędowości.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• operacyjna.

Metody i techniki nauczania:

• analiza materiału źródłowego;

• dyskusja dydaktyczna;

• ćwiczenia uczniowskie;

• fiszki;

• technika bateria.

Formy pracy:

• praca zbiorowa;

• praca w grupach;

• praca w parach;

• praca indywidualna.

Środki dydaktyczne:

• komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;

• rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel zadaje uczniom pytanie: „Czy benzen będzie reagował w podobny sposób do węglowodorów alifatycznych, a może zupełnie inaczej”?

2. Rozpoznanie wiedzy wyjściowej uczniów. Uczniowie starają się wyjaśnić, na czym polega reakcja katalitycznego uwodornienia. 3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują na kartkach i gromadzą w portfolio.

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

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel zadaje pytanie uczniom w całej klasie: Jak według nich wyglądałaby reakcja uwodornienia benzenu? Ochotnicy zapisują swoje propozycje równania reakcji na tablicy. W czasie burzy mózgów całego zespołu klasowego nauczyciel dopytuje o warunki i o łatwość zachodzenia tej reakcji. Spośród propozycji zapisanych równań nauczyciel wybiera to, które jest poprawnie zapisane, ewentualnie zapisuje sam poprawnie zapisane równanie na tablicy wraz z warunkami reakcji.

2. Następnie uczniowie pracują w parach. Jeden z uczniów czyta, czym jest reakcja substytucji elektrofilowej i próbuje swoimi słowami wyjaśnić drugiemu uczniowi, czym jest ta reakcja i na czym polega. W tym samym czasie drugi uczeń przegląda przykładowe reakcje, nie wiedząc, na czym polega ten mechanizm. Jeden z uczniów ma wiedzę teoretyczną, a drugi zastosowanie tej wiedzy na konkretnych przypadkach, ich celem jest synteza ich wiedzy. Zadanie ma na celu rozwijanie umiejętności współpracy, dociekliwości oraz pobudzenie w uczniach zdolności dydaktycznych. Nauczyciel koryguje i odpowiada na konkretne pytania uczniów.

3. Następnie nauczyciel za pomocą e‑materiałów tłumaczy, czym jest pozycja orto, meta i para w pierścieniu aromatycznym, a następnie skrupulatnie omawia na przykładach, czym jest kierujący wpływ podstawników.

4. Uczniowie korzystają z multimedium, jakim są fiszki do szybkiej nauki podstawników (maksymalnie 5 minut) wzajemnie odpytując się w parach.

5. Następnie nauczyciel zapowiada, że teraz uczniowie będą pracować w grupach, a każda grupa będzie odpowiedzialna za inny rodzaj reakcji:

• I grupa – reakcja alkilowania;

• II grupa – chlorowanie w obecności chlorku żelaza(II);

• III grupa – nitrowanie mieszaniną nitrującą;

• IV grupa – bromowanie w obecności bromku żelaza(II).

• Nauczyciel na arkuszu A4 zapisuje wzór benzenu, a następnie pisze na tablicy wzór związku, jaki uczniowie mają otrzymać. Uczniowie sami muszą zdecydować, której grupie zostanie podana kartka ze wzorem jako pierwszej i komu zostanie przekazana dalej. Uczniowie na kartce piszą równanie reakcji i podkreślają, jaki produkt główny może zostać użyty przez inną grupę. W ten sposób powstaje “fabryka chemiczna”, w której każdy zespół jest odpowiedzialny za inny etap syntezy wieloetapowej. Uczniowie uczą się współpracy, logicznego myślenia, planowania i zdolności logistycznych. (Przykłady związków: 1‑chloro‑3-nitrobenzen, 1‑metylo‑4-nitrobenzen, 4‑bromo‑1-chlorobenzen, 1‑metylo‑4-nitrobenzen itd.). Nauczyciel monitoruje i poprawia błędy lub nieścisłości; ewentualnie uzupełnia braki.

6. Nauczyciel zapowiada uczniom, że będą rozwiązywać ćwiczenia nr 6‑8 zawarte w e‑materiale w sekcji „sprawdź się”. Uczniowie wykonują zadania w parach. Po ustalonym czasie wybrani uczniowie przedstawiają odpowiedzi, a pozostali uczniowie wspólnie ustosunkowują się do nich. Nauczyciel w razie potrzeby koryguje odpowiedzi, dopowiada istotne informacje, udziela uczniom informacji zwrotnej. Prowadzący zapowiada uczniom, że w kolejnym kroku będą rozwiązywać ćwiczenia nr 1 -5 z sekcji „Sprawdź się”. Każdy z uczniów wykonuje ćwiczenia samodzielnie. Po ustalonym czasie wybrani uczniowie przedstawiają rozwiązania. Nauczyciel w razie potrzeby koryguje odpowiedzi, dopowiada istotne informacje, udziela uczniom informacji zwrotnej.

Faza podsumowująca:

1. Uczniowie na planszy z narysowaną baterią i zaznaczonymi poziomami jej naładowania, np. co 5‑10% zaznaczają cenkami w jakim stopniu opanowali zagadnienia wynikające z zamierzonych do osiągnięcia celów lekcji. W przypadku, gdy bateria nie jest naładowana w 100%, zastanawiają się, w jaki sposób podnieść swój poziom posiadanej wiedzy?

Praca domowa:

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

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Animację uczniowie mogą wykorzystać podczas przygotowywania się do lekcji lub pracy kontrolnej.

Materiały pomocnicze:

1. Nauczyciel przygotowuje planszę z narysowaną baterią i zaznaczonymi poziomami jej naładowania, np. co 5‑10% do oceny stopnia opanowania zagadnień oraz cenki dla uczniów.