Scenariusz zajęć

Autor: Daria Szeliga, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Ogniwa odwracalne i nieodwracalne

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

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

IX. Elektrochemia. Uczeń:

2) pisze oraz rysuje schemat ogniwa odwracalnego i nieodwracalnego.

Zakres rozszerzony

IX. Elektrochemia. Uczeń:

2) pisze oraz rysuje schemat ogniwa odwracalnego i nieodwracalnego.

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:

• konstruuje ogniwo Leclanchégo;

• wyjaśnia różnice pomiędzy ogniwem odwracalnym i nieodwracalnym;

• pisze równania reakcji chemicznych będących źródłem prądu w ogniwach odwracalnych i nieodwracalnych.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• problemowa.

Metody i techniki nauczania:

• eksperyment chemiczny;

• analiza materiału źródłowego;

• dyskusja dydaktyczna;

• ćwiczenia uczniowskie;

• grafika interaktywna;

• technika bateria.

Formy pracy:

• praca indywidualna;

• praca w grupach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

• komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu

• tablica interaktywna/tablica i kreda/marker;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel zadaje uczniom pytanie: „Czy człowiek jest w stanie produkować prąd elektryczny w dowolnym miejscu na Ziemi i w Kosmosie? Jeśli tak, to w jaki sposób”?

2. Rozpoznanie wiedzy wstępnej. Uczniowie starają się odpowiedzieć na pytanie: „Jaka jest różnica między ogniwem odwracalnym i nieodwracalnym”?

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

4. Zasady BHP. Nauczyciel zapoznaje uczniów z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcjach.

Faza realizacyjna:

1. Eksperyment chemiczny – „Konstrukcja ogniwa Leclanchego”. Nauczyciel losowo dzieli uczniów na grupy, rozdaje karty pracy. Uczniowie wybierają odpowiedni sprzęt i szkło laboratoryjne oraz odczynniki chemiczne przygotowane na stole laboratoryjnym, a następnie przeprowadzają doświadczenie – konstruują ogniwo Leclanchego - wg instrukcji opisanej w karcie pracy ucznia i sprawdzają jego działanie. Rysują schemat ogniwa i zapisują obserwacje w karcie pracy.

2. Uczniowie wraz z nauczycielem weryfikują schemat ogniwa, zapisane obserwacje i ustalają wnioski wynikające z przeprowadzonego doświadczenia chemicznego.

• Schematyczny rysunek:

• (Przykładowe odpowiedzi: Obserwacje: napięcie wynosi około 1,5 V (lub inne).
  Wniosek: zaszła reakcja chemiczna, która była źródłem prądu.
  Anoda: ${\text{Zn → Zn}}^{2+}$ + 2eIndeks górny −⁻
  Katoda: ${\text{2NH}}_4^{+}$ + 2eIndeks górny −⁻ → ${\text{2NH}}_3{\text{ + H}}_2\text{↑}$
  Schemat ogniwa: (−) Zn | ${\text{NH}}_4\text{Cl}$, ZnClIndeks dolny 2₂| ${\text{MnO}}_2$,C (+))

3. Nauczyciel wyjaśnia, że wykonane przez uczniów ogniwo jest nieodwracalne, tzn. jednorazowego użytku, ponieważ reakcja zachodzi w sposób nieodwracalny.

4. Jeżeli nauczyciel ma możliwość, to przedstawia uczniom różne rodzaje baterii będących ogniwami lub zespołami ogniw nieodwracalnych, np. baterie alkaliczne czy tlenkowo‑srebrowe, litowe czy rtęciowe. Jeżeli nauczyciel nie ma takiej możliwości, uczniowie analizują „tekst bazowy” zawarty w e‑materiale.

5. Nauczyciel zadaje uczniom pytanie: Jakie ogniwa możemy zaliczyć do ogniw nieodwracalnych? Jeżeli uczniowie mają trudności z podaniem odpowiedzi, to mogą skorzystać z e‑materiału w sekcji „przeczytaj”. (Do ogniw nieodwracalnych zalicza się: ogniwo Daniella, ogniwo Volty, ogniwo cynkowo‑węglowe – ogniwo Leclanchégo – ogniwo srebrowo‑cynkowe, ogniwa litowe, ogniwo cynkowo‑powietrzne.)

6. Nauczyciel wyjaśnia również, że obok ogniw nieodwracalnych, istnieje grupa ogniw odwracalnych, czyli akumulatorów, z którymi każdy człowiek związany jest na co dzień. Akumulatory zasilają laptopy, telefony, zegarki oraz wiele innych sprzętów elektronicznych. Ogniwa te charakteryzują się tym, że mogą być ładowane i rozładowywane bardzo często. Powrót do fazy wyjściowej i porównanie wypowiedzi uczniów z wiedzą nabytą podczas lekcji.

7. Nauczyciel poleca uczniom pracę w parach z grafiką interaktywną. Zadaniem uczniów jest przeanalizowanie grafiki, a następnie wykonanie ćwiczeń zawartych w medium.

8. Uczniowie analizują „tekst bazowy” dotyczący ogniw odwracalnych, do których zalicza się: akumulator kwasowo‑ołowiowy (akumulator Plantego), akumulator litowo‑jonowy (Li‑ion), akumulator litowo‑polimerowy (Li‑Po), akumulator niklowo‑kadmowy (Ni‑Cd), akumulator niklowo‑metalowo‑wodorkowy (NiMH), akumulator niklowo‑cynkowy (Ni‑Zn). Do tekstu układają pytania, które zadają sobie nawzajem na forum klasy, po czym udzielają odpowiedzi. Pozostali uczniowie weryfikują poprawność merytoryczną wypowiedzi uczniów.

9. Uczniowie pracują w parach z częścią „sprawdź się”. Uczniowie wykonują zadania. Nauczyciel może wyświetlić treść poleceń na tablicy multimedialnej. Po każdym przeczytanym poleceniu nauczyciel 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 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:

Uczniowie mają za zadanie wykonać wszystkie ćwiczenia z serii „Sprawdź się” zawartej w e‑materiale.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Grafikę interaktywną uczniowie mogą wykorzystać przygotowując się do zajęć lub mogą jej użyć podczas lekcji powtórzeniowej. Uczniowie nieobecni na lekcji mogą wykorzystać to narzędzie celem uzupełnienia luk kompetencyjnych.

Materiały pomocnicze:

1. Nauczyciel przygotowuje narzędzie do oceny stopnia opanowania wiadomości i umiejętności z zastosowaniem termometru przez uczniów oraz cenki dla uczniów.

2. Nauczyciel przygotowuje różne rodzaje baterii będących ogniwami lub zespołami ogniw nieodwracalnych, np. baterie alkaliczne czy tlenkowo‑srebrowe, litowe czy rtęciowe.

3. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach): Czym różni się ogniwo odwracalne od nieodwracalnego? Jakie ogniwa są przykładami ogniw odwracalnych oraz nieodwracalnych?

4. Karty charakterystyk substancji chemicznych.

5. Karta pracy ucznia: