Substraty, produkty i pozostałości

Zagadnienia

• Reakcje chemiczne
• Reagenty ograniczające

Opis

Symulacja została zaprojektowana w taki sposób, aby umożliwić uczniom koncepcyjne zrozumienie reagentów ograniczających, a nie ćwiczenie rozwiązywania problemów algorytmicznych, które wymagają konwersji masa/mol.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Carpenter, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Zauważ, że atomy są zachowywane podczas reakcji chemicznej.
• Wykorzystaj konkretne codzienne doświadczenia (takie jak robienie kanapek), aby opisać, co oznacza reagent ograniczający w reakcjach chemicznych.
• Zidentyfikuj reagent ograniczający w reakcji chemicznej.
• Przewiduj produkty i pozostałości po reakcji na podstawie ilości substratów i stosunków cząsteczek w zbilansowanym równaniu chemicznym.
• Przewiduj wyjściowe ilości reagentów, biorąc pod uwagę ilość produktów i pozostałości, używając pojęcia reagenta ograniczającego.
• Przełóż z symbolicznego (wzór chemiczny) na molekularny (obrazowy) sposób reprezentacji materii.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Obliczenia na podstawie równań reakcji chemicznych (ZPE)
• Badanie wydajności reakcji chemicznej (ZPE)
• Porównanie masy substratów i masy produktów reakcji chemicznej (ZPE)
• Reakcje chemiczne – podsumowanie (ZPE)
• Stechiometria i skład cząsteczkowy (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Stwórz własną kanapkę, a następnie zobacz, jak dużo kanapek można zrobić z różnych ilości składników. Zrób to samo z reakcją chemiczną. Zobacz, jak dużo produktów można uzyskać z różnych ilości substratów. Zagraj w grę, aby sprawdzić swoją wiedzę na temat substratów, produktów i pozostałości. Czy jesteś w stanie uzyskać doskonały wynik na każdym poziomie?

Ekran Kanapki (link bezpośredni)

Ekran Cząsteczki (link bezpośredni)

Ekran Gra (link bezpośredni)

Zadaniem uczniów jest znalezienie brakującej liczby cząsteczek w 5 losowych pytaniach na każdym poziomie. Na każdym poziomie znajduje się jedno pytanie, w przypadku którego proporcje substratów nie spowodują powstania żadnych produktów. Uczniowie mają 2 próby na każde pytanie; po 2 błędnych próbach, symulacja pokazuje poprawną odpowiedź.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Substraty, produkty i pozostałości chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/reactants-products-and-leftovers_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/reactants-products-and-leftovers_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Parametr query i opis	Przykładowe linki
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=3
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

Ekrany Kanapki i Cząsteczki

• Podczas początkowej eksploracji tych ekranów wielu uczniów podążało za równaniem chemicznym jak za przepisem, wprowadzając tylko dokładną liczbę substratów, które skutkowały zerową ilością pozostałości. Uczniowie mieli tendencję do odkrywania bardziej zróżnicowanych scenariuszy na tych ekranach dopiero po rozpoczęciu gry lub po otrzymaniu jednego lub dwóch trudnych przypadków do porównania.

Ekran Gra

• Wiele pytań na poziomie 1 (Znajdowanie liczby cząsteczek substratów) można rozwiązać, zliczając całkowitą liczbę atomów każdego pierwiastka po reakcji i wykorzystując tylko te sumy do obliczenia liczby cząsteczek substratów - bez odwoływania się do równania chemicznego. Poziomy 2 i 3 (Znajdowanie liczby produktów i pozostałości) nie mogą być rozwiązane w ten sposób i wymagają od uczniów wykorzystania równania chemicznego.
• Uczniowie mogą potrzebować podpowiedzi, że mogą (i powinni) powrócić do wcześniejszych ekranów, aby pomóc sobie w opracowaniu strategii podczas rozwiązywania trudnych pytań w grze. Uczniowie w wywiadach, którzy wracali do wcześniejszych ekranów i korzystali z nich podczas gry, robili szybsze postępy koncepcyjne i byli bardziej pozytywnie nastawieni do swoich doświadczeń w grze.

Uproszczenia / założenia modelu

• Aby przedstawić wszystkie cząsteczki jako modele wypełniające przestrzeń, nie uwzględniliśmy w symulacji związków o wiązaniach jonowych.
• Na ekranie z kanapkami uczniowie mogą zbadać "reakcje", które mają 3 składniki jako rozszerzenie, ale żadna z reakcji chemicznych w tej symulacji nie ma więcej niż 2 substratów.
• Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Porównaj współczynniki: Poproś uczniów, aby na początek wybrali kilka składników na kanapkę. Przykładowe polecenie: Czy możesz znaleźć przepis na kanapkę, dzięki któremu chleb skończy się pierwszy? A co z serem i mięsem? Czym różnią się te przepisy?
• Porównaj cząsteczki i mole: Wybierz dowolny przykład, w którym występują pozostałości w postaci cząsteczek obu substratów. Poproś uczniów, aby przedyskutowali, jakich wyników mogliby się spodziewać, gdyby podane liczby były liczbą moli, a nie cząsteczek.
• Porównaj strategie: Poproś grupy uczniów, aby porównały, w jaki sposób obliczyły liczbę pozostałości na poziomie 2 lub 3 gry. Jakich informacji potrzebowali?

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Substraty, produkty i pozostałości tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).