Kemiske reaktioner og støkiometri
Modellen er tænkt som en introduktion til at forstå, hvad der sker i en kemisk reaktion – at reaktanter forbruges og produkter dannes i bestemte antal alt efter hvilke koefficienter der er i reaktionsskemaet. Det leder ind til at forstå begreberne ækvivalente mængder og begrænsende faktor, inden man går i gang med stofmængdeberegninger.
Introduktion og beskrivelse af aktiviteten
Eleverne starter med at arbejde med en model af reaktionsskemaet:
2. aktivitet: Eleverne undersøger, hvordan antallet af reaktanter påvirker antallet af produkter (begrænsende faktor).
3. aktivitet: Eleverne ændrer i koden udseendet af reaktanterne i modellen.
4. aktivitet: Eleverne ændrer reaktionsskemaet til aA + bB → 1C + 1D ved at tilføje sliders. Derefter undersøger de, hvordan reaktanternes koefficienter påvirker antallet af produkter (ækvivalente mængder).
5. aktivitet: Eleverne ændrer reaktionsskemaet til aA + bB → cC + dD ved at tilføje sliders. Derefter undersøger de, hvad det betyder for antallet af produkter.
6. aktivitet: Eleverne kigger på koden og reflekterer over, hvor godt det passer med virkeligheden.
Bonusaktivitet: Eleverne laver et plot, som viser antallet af reaktanter og produkter, så de kan se, at til at starte med ændres antallet hurtigt, og til sidst går det langsommere.
Inden eleverne blev sat i gang med at arbejde med aktiviteterne, kiggede vi samlet på dokumentet, og hvordan det var opbygget. Imens eleverne arbejdede sammen i mindre grupper, gik jeg rundt og havde diskussioner med dem eller hjalp dem videre, hvis de havde problemer med kodningen.
Aktiviteterne er beskrevet i større detalje i arbejdsarket til eleverne og dokumentet “Til læreren.docx” under “Download materiale”.
HVAD ER GÅET FORUD FOR AKTIVITETEN, OG HVAD SKAL DER SKE EFTER:
Aktiviteten indgik i det første forløb eleverne har i kemi, om det periodiske system og kemiens sprog (herunder forståelse for reaktionsskemaer og koefficienterne heri).
Inden aktiviteten, har de lært om det periodiske system og grundstofferne. De har også lært om reaktionsskemaer, og hvordan de afstemmes.
Da der i slutningen af aktiviteten ses på, om modellen er en god repræsentation af virkeligheden, fik vi en snak om, hvad der skal til for at en reaktion kan ske, og at det er noget, vi kigger nærmere på, når de skal have om reaktionshastigheder.
Da de nåede til at skulle lære om stofmængdeberegninger, tog vi fat i modellen igen for at minde eleverne om deres observation om ækvivalente mængder, og at der er en begrænsende faktor.
HVORDAN AKTIVITETEN OG NETLOGO BLEV INTRODUCERET FOR ELEVERNE:
I modulet inden havde vi arbejdet med forståelse for og afstemning af reaktionsskemaer. Som forlængelse heraf kom det meget naturligt at undersøge, hvad koefficienterne betyder for reaktionen.
Eleverne introduceredes for aktiviteten ved, at jeg fortalte dem, at vi skulle undersøge, hvordan koefficienterne påvirker en reaktion vha. en model. Det er samme tankegang, som eleverne har været igennem i NV, hvor de er blevet introduceret for noget teori, og så undersøges det gennem et modelforsøg. Da de lige havde været igennem NV, lå det derfor meget naturligt for dem.
FAGLIGE MÅL:
Kemi-faglige mål:
At eleverne opnår en bedre forståelse for, hvad der sker i en kemisk reaktion og derfor også i et reaktionsskema. Dvs.:
At eleverne får en bedre forståelse for de begrænsninger der ligger bag alle modeller – både computermodeller og fagfaglige modeller. Dvs.:
1A + 1B → 1C + 1D
1. aktivitet: Eleverne introduceres for interface og hvordan, de starter modellen.2. aktivitet: Eleverne undersøger, hvordan antallet af reaktanter påvirker antallet af produkter (begrænsende faktor).
3. aktivitet: Eleverne ændrer i koden udseendet af reaktanterne i modellen.
4. aktivitet: Eleverne ændrer reaktionsskemaet til aA + bB → 1C + 1D ved at tilføje sliders. Derefter undersøger de, hvordan reaktanternes koefficienter påvirker antallet af produkter (ækvivalente mængder).
5. aktivitet: Eleverne ændrer reaktionsskemaet til aA + bB → cC + dD ved at tilføje sliders. Derefter undersøger de, hvad det betyder for antallet af produkter.
6. aktivitet: Eleverne kigger på koden og reflekterer over, hvor godt det passer med virkeligheden.
Bonusaktivitet: Eleverne laver et plot, som viser antallet af reaktanter og produkter, så de kan se, at til at starte med ændres antallet hurtigt, og til sidst går det langsommere.
Inden eleverne blev sat i gang med at arbejde med aktiviteterne, kiggede vi samlet på dokumentet, og hvordan det var opbygget. Imens eleverne arbejdede sammen i mindre grupper, gik jeg rundt og havde diskussioner med dem eller hjalp dem videre, hvis de havde problemer med kodningen.
Aktiviteterne er beskrevet i større detalje i arbejdsarket til eleverne og dokumentet “Til læreren.docx” under “Download materiale”.
HVAD ER GÅET FORUD FOR AKTIVITETEN, OG HVAD SKAL DER SKE EFTER:
Aktiviteten indgik i det første forløb eleverne har i kemi, om det periodiske system og kemiens sprog (herunder forståelse for reaktionsskemaer og koefficienterne heri).
Inden aktiviteten, har de lært om det periodiske system og grundstofferne. De har også lært om reaktionsskemaer, og hvordan de afstemmes.
Da der i slutningen af aktiviteten ses på, om modellen er en god repræsentation af virkeligheden, fik vi en snak om, hvad der skal til for at en reaktion kan ske, og at det er noget, vi kigger nærmere på, når de skal have om reaktionshastigheder.
Da de nåede til at skulle lære om stofmængdeberegninger, tog vi fat i modellen igen for at minde eleverne om deres observation om ækvivalente mængder, og at der er en begrænsende faktor.
HVORDAN AKTIVITETEN OG NETLOGO BLEV INTRODUCERET FOR ELEVERNE:
I modulet inden havde vi arbejdet med forståelse for og afstemning af reaktionsskemaer. Som forlængelse heraf kom det meget naturligt at undersøge, hvad koefficienterne betyder for reaktionen.
Eleverne introduceredes for aktiviteten ved, at jeg fortalte dem, at vi skulle undersøge, hvordan koefficienterne påvirker en reaktion vha. en model. Det er samme tankegang, som eleverne har været igennem i NV, hvor de er blevet introduceret for noget teori, og så undersøges det gennem et modelforsøg. Da de lige havde været igennem NV, lå det derfor meget naturligt for dem.
FAGLIGE MÅL:
Kemi-faglige mål:
At eleverne opnår en bedre forståelse for, hvad der sker i en kemisk reaktion og derfor også i et reaktionsskema. Dvs.:
- At reaktanter forbruges, og at produkter dannes
- At antallet af reaktanter, man starter med, påvirker antallet af produkter
- At forholdet mellem koefficienterne påvirker antallet af produkter (ækvivalente mængder)
- At alle reaktanter ikke altid forbruges, hvis der er underskud af den ene (begrænsende faktor)
At eleverne får en bedre forståelse for de begrænsninger der ligger bag alle modeller – både computermodeller og fagfaglige modeller. Dvs.:
- At modeller kun er så gode som koden (tegningen)
- At kunne ændre og forbedre en model – både i interface og i kode
Aktivitetens længde
Ét modul af 90 min.
NetLogo installeret i modulet inden aktiviteten.
NetLogo installeret i modulet inden aktiviteten.
Materialer
Elevmaterialer:
- Arbejdsark: “Elevaktiviteter til Kemiske reaktioner og koefficienter.docx” – Her beskrives de aktiviteter, som eleverne skal igennem med modellen sammen med arbejdsspørgsmål undervejs.
- NetLogo-model: “Kemiske reaktioner og koefficienter_elev.nlogo” – Den NetLogo-model, som eleverne starter med at arbejde på i aktiviteterne.
- Plakat over forløbet: “Poster_BodilWitusNielsen_KemiskeReaktionerOgStøkiometri.pdf”
- Lærerdokument: “Til læreren.docx” – Dokument med hjælp til underviseren.
- NetLogo-model med løsning: “Kemiske reaktioner og koefficienter_lærer.nlogo” – Den NetLogo-model, som eleverne gerne skulle have lavet til sidst. Anvendes til klasseopsamling i slutningen af aktiviteten.
- Præsentation: “NetLogo model – Kemiske reaktioner – Opsamling.pptx” – PowerPoint præsentation, der anvendes til opsamling på aktiviteten.
Aktivitetens sværhedsgrad
Aktiviteterne i forløbet kan laves uden forudgående kendskab til computational thinking, programmering og kodning.
Progression:
Progression:
- I aktivitet 1 bliver eleverne introduceret til, hvordan de styrer interface, og hvad de forskellige ting hedder, bl.a. slider og monitor. Det er meget simpelt og udelukkende i interface.
- I aktivitet 2 er det fagligt arbejde med modellen, hvor eleverne anvender kompetencer fra aktivitet 1. Derfor øges kompleksiteten lidt.
- I aktivitet 3 skal eleverne kigge i koden og se, hvad den gør ved interfacet, ved at ændre på udseendet af agenterne i modellen. Aktiviteten er derfor mere kodende, men involverer interface.
- I aktivitet 4 ændre eleverne i koden, først på samme måde som i aktivitet 3 ved at ændre én ting til en anden. Derefter skal de lave en slider. Kompleksiteten og kodningen stiger derfor.
- I aktivitet 5 skal eleverne igen ændre i koden, denne gang med mindre stilladsering end i aktivitet 4. De skal også selv finde det sted i koden, som de skal ændre. Kodningen og kompleksiteten stiger derfor.
- I aktivitet 6 skal eleverne reflektere over modellen. Dvs. hvad betyder de forskellige dele af koden? Det kræver derfor, at de har en vis forståelse for koden, hvilket er stilladseret gennem noter i koden.
- I bonusaktiviteten skal eleverne tilføje en graf på interface. Der skal de selv skrive noget kode fra bunden. De støttes af standardindstillingerne for en pen.
Afprøvning
Afprøvet på to 1.g Kemi B hold:
– Et MA-Fy-Ke hold med 17 elever
– Et BI-Ke hold med 13 elever
HVORDAN FØLTES DET AT INDDRAGE CT I DIN UNDERVISNING?
Det føltes okay at bruge CT. Det er altid en super oplevelse, når eleverne selv finder frem til viden. Især når jeg kan stå lidt i baggrunden, og de selv arbejder med stoffet. Der var dog nogle frustrationer ifm. selve installationen af NetLogo på elevernes Mac, når man ikke selv er vant til at arbejde med dem og deres struktur (og når eleverne ikke selv ved, hvor filer bliver af, når de henter dem ned)
HVORDAN TOG ELEVERNE IMOD AKTIVITETEN OG DÉT AT ARBEJDE MED NETLOGO?
Selve det at skulle installere NetLogo var lidt problematisk for Mac-brugerne, da selve installtionen er besværlig, og at de var nødt til at åbne NetLogo før de kunne få lov til at åbne model-filen (min løsning, der er andre løsninger, hvis man kender mere til hvordan mac fungerer). Så der kom lidt frustrationer. Men selve arbejdet i NetLogo så ud til at fungere fint. De fleste af eleverne virkede til at hygge sig med modellen, især da de skulle vælge udseende i aktivitet 3. Der var kun enkelte gange, hvor at de havde problemer undervejs, og det var primært, når de var kommet til at slette ” eller [, når de skulle ændre noget i koden. Ellers var det mere det faglige, og hvad de kunne konkludere ud fra deres data, de havde problemer med. De blev hjulpet til at nå frem til en konklusion ved at jeg spurgte ”Hvad for nogle tal fik I ud?” og ”Hvad er der så sket med antallet af produkter ift. reaktanter?” og ”Og hvad kan I så konkludere ud fra alle forsøgene?”.
HVAD ER DIN OPLEVELSE AF ELEVERNES UDBYTTE?
Det virker til, at eleverne har fået en bedre forståelse for, hvad der sker i en reaktion – at reaktanter forsvinder, som produkterne laves, og at det ikke nødvendigvis er alt af en reaktant der forsvinder. At få det visualiseret har hjulpet med de elever, som har sværere ved at tænke abstrakt. At molekylerne ikke ligner dem, der tegnes på tavlen, men f.eks. sommerfugle, kunne eleverne fint reflektere over at det nok ikke er så virkelighedsnært. Det har også givet dem en reference, som vi forhåbentlig kan bruge til at gøre stofmængdeberegningerne lettere at forstå.
CT-mæssigt har det givet dem en bedre forståelse af, hvad en computermodel er, og at de kommer med indbyggede begrænsninger. Og at de nødvendigvis ikke er totalt virkelighedstro på alle fronter. Vi fik rigtig fint reflekteret over, hvordan deres valg af udseende for reaktanterne og at reaktionen i modellen ikke afhænger af, at reaktanterne er det samme sted. Så vi fik en snak om mulige forbedringsforslag til modellen.
Og det fik vi også overført til, at begrænsningerne må gælde for alle modeller – f.eks. også Bohrs atommodel som de var blevet introduceret for et par moduler inden.
– Et MA-Fy-Ke hold med 17 elever
– Et BI-Ke hold med 13 elever
HVORDAN FØLTES DET AT INDDRAGE CT I DIN UNDERVISNING?
Det føltes okay at bruge CT. Det er altid en super oplevelse, når eleverne selv finder frem til viden. Især når jeg kan stå lidt i baggrunden, og de selv arbejder med stoffet. Der var dog nogle frustrationer ifm. selve installationen af NetLogo på elevernes Mac, når man ikke selv er vant til at arbejde med dem og deres struktur (og når eleverne ikke selv ved, hvor filer bliver af, når de henter dem ned)
HVORDAN TOG ELEVERNE IMOD AKTIVITETEN OG DÉT AT ARBEJDE MED NETLOGO?
Selve det at skulle installere NetLogo var lidt problematisk for Mac-brugerne, da selve installtionen er besværlig, og at de var nødt til at åbne NetLogo før de kunne få lov til at åbne model-filen (min løsning, der er andre løsninger, hvis man kender mere til hvordan mac fungerer). Så der kom lidt frustrationer. Men selve arbejdet i NetLogo så ud til at fungere fint. De fleste af eleverne virkede til at hygge sig med modellen, især da de skulle vælge udseende i aktivitet 3. Der var kun enkelte gange, hvor at de havde problemer undervejs, og det var primært, når de var kommet til at slette ” eller [, når de skulle ændre noget i koden. Ellers var det mere det faglige, og hvad de kunne konkludere ud fra deres data, de havde problemer med. De blev hjulpet til at nå frem til en konklusion ved at jeg spurgte ”Hvad for nogle tal fik I ud?” og ”Hvad er der så sket med antallet af produkter ift. reaktanter?” og ”Og hvad kan I så konkludere ud fra alle forsøgene?”.
HVAD ER DIN OPLEVELSE AF ELEVERNES UDBYTTE?
Det virker til, at eleverne har fået en bedre forståelse for, hvad der sker i en reaktion – at reaktanter forsvinder, som produkterne laves, og at det ikke nødvendigvis er alt af en reaktant der forsvinder. At få det visualiseret har hjulpet med de elever, som har sværere ved at tænke abstrakt. At molekylerne ikke ligner dem, der tegnes på tavlen, men f.eks. sommerfugle, kunne eleverne fint reflektere over at det nok ikke er så virkelighedsnært. Det har også givet dem en reference, som vi forhåbentlig kan bruge til at gøre stofmængdeberegningerne lettere at forstå.
CT-mæssigt har det givet dem en bedre forståelse af, hvad en computermodel er, og at de kommer med indbyggede begrænsninger. Og at de nødvendigvis ikke er totalt virkelighedstro på alle fronter. Vi fik rigtig fint reflekteret over, hvordan deres valg af udseende for reaktanterne og at reaktionen i modellen ikke afhænger af, at reaktanterne er det samme sted. Så vi fik en snak om mulige forbedringsforslag til modellen.
Og det fik vi også overført til, at begrænsningerne må gælde for alle modeller – f.eks. også Bohrs atommodel som de var blevet introduceret for et par moduler inden.
Forslag til forbedring
Få lavet en lidt mere udførlig (punkt for punkt) vejledning for, hvordan man gør på Mac – inkl. hvordan de får åbnet modellen, når de har installeret programmet. De er lavet, men skal så gives til eleverne. Hvis skolen har computere til udlån til elever/fag kan man få NetLogo installeret på computeren og helt undgå installationsproblematikkerne.
Evt. inkludere udseendet af produkterne i aktivitet 3.
Og evt. have valgt nogle bestemte antal de skal anvende i aktivitet 2, 4 og 5.
Evt. inkludere udseendet af produkterne i aktivitet 3.
Og evt. have valgt nogle bestemte antal de skal anvende i aktivitet 2, 4 og 5.
Information om forløbet
Forfatter
- Bodil Witus Nielsen
- Vordingborg Gymnasium og HF
Materialer
Teknologier
Årgange
Forskningsbaseret projekt
Undervisningsforløbet er udviklet som en del af projektet CTiMNAT. Materialerne her på siden er et udtryk for forløbet på det tidspunkt, hvor den skulle afprøves, og er altså ikke nødvendigvis et færdigpoleret forløb – men et forløb under udvikling. Mange forløb er dog af høj kvalitet og kan anvendes direkte i undervisningen med ingen eller få tilpasninger.
