Der tages udgangspunkt i emnerne Reaktionshastighed i kemi. Disse emner kan forekomme abstrakte for eleverne, og håbet er at CT kan være med til at eleverne får en bedre forståelse af de central begreber i emnerne. Derfor bruges modeller i NetLogo (et agentsbaseret programmeringsmiljø) til simulering af kemisk reaktionshastighed.

Ved at anvende agentbaseret modellering er det tydeligere for eleverne hvordan elementerne (agenterne) skabes og hvilke egenskaber og opførelse de har. Eleverne kan følge en agent (f.eks en natriumion), både i interface’et og i code’en og derved afgøre om agentens opførelse og egenskaber er i overnesstemmelse med den faglige teori i faget.

Eleverne har herved mulighed for at se effekten af, hvad der sker på det mikroskopiske niveau, i det makroskopiske niveau, og for at se hvad et indgreb på det mikroskopiske niveau betyder for det makroskopiske fænomen.

Reaktion

Der tages udgangspunkt i nedenstående reaktion mellem dihydrogen og diiod: H2(g) + I2g) ⇌ 2HI (g)

Faglig læring (kemi)

Modellen og forløbet er udviklet for at fremme indlæring i emnet reaktionshastighed.

Det er håbet at eleverne bliver mere bevidste om, og arbejder med, deres egen mentale model af fænomenet undervejs, og at underviseren får et indblik i elevernes mentale modeller af fænomenet.

Der fokuseres på nogle af de faktorer der påvirker reaktionshastigheden af en kemisk reaktion. Det drejer sig om kvalitative beskrivelser fremfor kvantitative (reaktionskinetik). Nedenfor er de faglige mål for eleverne beskrevet kort.

  • Partikler (her molekyler) som støder sammen kan reagere med hinanden
  • Reaktioner kan forløbe hurtigt eller langsomt
  • Reaktionshastighed af en kemisk reaktion afhænger af
    • Reaktanternes koncentration
    • Temperatur
    • Katalysator

Reaktanternes koncentration: Et øget antal reaktanter giver en øget reaktionshastighed (flere sammenstød pr. tid vil give en øget reaktionshastighed)

Temperatur: En øget temperatur giver en øget reaktionshastighed (jo højere temperatur → jo højere gennemsnitlig kinetisk energi har partiklerne, dvs. jo højere hastighed → jo voldsommere sammenstød mellem partiklerne → jo flere sammenstød vil have energi nok til at klare ”energibjerget” (aktiveringsenergi) → jo flere reaktioner pr. tid)

Katalysator: Tilsætning af katalysator giver en øget reaktionshastighed (nedsætter størrelsen af ”energibjerget” (aktiveringsenergi) således at flere sammenstød ved den pågældende temperatur har energi nok til at reaktionen sker → jo flere reaktioner pr. tid).

Varighed

Forløb i Reaktionshastighed strækker sig over ca. 10 lektioner af 45 minutters varighed.

Eleverne vil arbejde med modellen og tilhørende spørgeskema i en dobbeltlektion som er to gange 45 minutter.

Forudsætninger

Emnet Reaktionshastighed er normalt en del af kemi på B-niveau.

Eleverne skal have adgang til egen eller skole computer samt netadgang. Der kræves ingen erfaring med programmering for at deltage i forløbet.

Aktiviteter & Materialer

Forløbet er struktureret i tre logiske klumper fordelt på introduktion, arbejdsopgaver og evalueringsspørgsmål og på perspektivering.


Introduktion: Reaktionshastighed:

  • Eleverne introduceres til reaktionshastighed (definition samt video Brainiac alkali metals https://www.youtube.com/watch?v=m55kgyApYrY)
  • Dernæst udfører eleverne forskellige små forsøg som illustrerer forskelle i reaktionhastighed (eksempelvis er redoxforsøg velegnede) (kommentar 9/8: evt demonstrationsforsøg pga. stort tidsforbrug ved elevforsøg)
  • Eleverne præsenteres for reaktionen mellem dihydrogen og diiod teoretisk.


Spørgeskema med arbejdsopgaver og evalueringsspørgsmål:

  • Eleverne arbejder i tomands-grupper med modellen og individuelt med et spørgeskema der stilladserer deres arbejde med faget og modellen. Desuden indeholder spørgeskemaet nogle evaluerende spørgsmål som vurderer udbyttet af både det faglige og af computational thinking.
  • Opfølgning på elevernes arbejde på klassen

Tidsforbrug er vurderet til minimum 90 minutter.

Link til spørgeskema.


Perspektivering:

Nedenstående links er ikke en del af NetLogo modellen, men kan bruges i forløbet efterfølgende.

Eleverne kan lege med modellerne og beskrive hvor modellerne er gode eller dårlige, samt hvordan de er kommet frem til denne vurdering. Derefter kan man få en snak om, hvordan modellerne skulle ændres for at blive bedre – og om de kan ændres (i modsætning til NetLogo modellerne).

Refleksioner over designet af forløbet

Forløbet tilgodeser bl.a. læreplanens (STX 2013) faglige mål om at “relatere observationer, model- og symbolfremstillinger til hinanden” samt kernestoffet “reaktionshastighed på kvalitativt grundlag”.

Måske kan eleverne ligefrem designe et forsøg med dihydrogen og diiod som faktisk kan udføres i laboratoriet, efter forløbet med NetLogo-modellen. På den måde kan det blive tydeligt for eleverne hvordan det mikroskopiske niveau som de har arbejdet på i NetLogomodellen bliver til noget visuelt på makroskopisk niveau.

Metode: Der laves en god model. Derefter konstrueres ”fejl” med de faglige mål for øje. Idéen er at designe en utilstrækkelig/fejlbehæftet/uhensigtsmæssig mm. model med henblik på elevernes læring.

Modellen laves i første omgang med fejl i modellens udseende.

  • Fejl i modellens udseende
    • Uhensigtmæssige farver for molekyler
    • Fejl i kuglernes størrelse

Nedenfor ses andre typer af fejl som modellen kan udvides med.

Liste over “fejl” i modellen for Reaktionshastighed:

  • Fejl vedrørende modellens opførsel (reaktionshastighed)
    • Reaktanters koncentration (antal) aftager ikke og/eller produkters koncentration (antal) stiger ikke når reaktionen kører (kommentar 9/8: kan det ses i kassen med reaktionen? Eller evt. kun i plottet)
    • Molekylers bevægelse (hastighed) ændres selvom temperaturen ikke ændres – alternativt at molekylerne bevæger sig langsommere ved øget temperatur og omvendt (kommentar 9/8: svært at se som det er nu. Evt lave en markant ændring af hastigheden)
    • Kurvernes stejlhed stiger ikke ved øget temperatur
    • Kurvernes stejlhed stiger ikke ved tilsætning af katalysator
  • Andre fejl i modellens udseende som ikke
    • Èn reaktion giver kun ét produkt (man får to HI-molkyler pr reaktion – dette kan ses i modellen ved lave antal reaktanter)
    • Ved tilsætning af 10 af hver reaktant kommer der kun 5 styk af hver (kommentar 9/8: denne fejl er i modellen nu)
    • Kugler i H2 er større end kugler i I2

Filer:
http://library.ct-denmark.org/reaktionshastighed/reaction-rate-pilot-study/

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

Den maksimale uploadstørrelse: 20 MB. Du kan uploade: billede, lyd, video, dokument, regneark, interaktiv, tekst, arkiver, kode, andet. Links til Youtube, Facebook, Twitter og andre services i kommentarteksten vil automatisk blive indlejret.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Back To Top
clear

Velkommen til CCTD Library for undervisningsforløb!

Biblioteket indeholder undervisningsforløb i Computational Thinking (CT) – rettet mod gymnasiefag (fx dansk, samfundsfag, fysik, m.fl.) og som sit eget fag (informatik).