آزمایش آتشفشان در کلاس

آذر ۱۲, ۱۴۰۳ معلم نویسنده

انجام آزمایش آتشفشان شاید یکی از قدیمی ترین و معروف تربن فعالیت های علوم کلاس چهارم دبستان باشد که از میان ما انجمن معلمان، احتمال اینکه خودمان هم به عنوان یک دانش آموز به تجربه آن را زیسته باشیم زیاد است. اما تنها زمانی که عنوان درس “آتشفشان” باشد می توان از این آزمایش هیجان انگیز استفاده کرد؟ در تبیین هیچ یک از دیگر مفاهیم محتوای رسمی آموزشی نمی توان تجربه حاصله را بست داد؟ سوال بعدی اینجاست که پس از این همه سال تجربه اجرای آزمایش آتشفشان شیوه های بهینه و نکات مهم برای اجرای تخصصی تر آن کدام است؟

این محتوا حاصل تجربه گردانی گروه معلمان می باشد. شما هم دعوتید:

هدف

ایجاد یک مدل از آزمایش آتشفشان در کلاس درس که به کمک آن، دانش‌آموزان مفاهیم شیمیایی مانند واکنش‌های اسید و باز، فشار گاز و انرژی‌های شیمیایی را درک می کنند. با استفاده از مشاهده، گزارش برداری، ایجاد هیجان مثبت، حتی شنیدن و بوییدن فرایند برای همیشه در ذهن حک می کنند. همچنین این پروژه فرصتی برای یادگیری در مورد فرآیندهای طبیعی مانند آتشفشان‌ها و تأثیرات آن‌ها بر زمین خواهد بود.

شرح ایده

در این فعالیت، معلم می‌تواند با هدایت کلاس به سمت ساخت ماکتی از کوه آتشفشان یک ترجبه از کار تیمی و استفاده از مواد اولیه متفاوت را برای دانش آموزان به ارمغان بیاورد. همچنین از فرصت به دست آمده با ایچاد چالش های مهندسی شده ای برای تقویت مهارت های نوآوری و خلاقیت استفاده کند. به طور مثال:

از دانش آموزان خود بخواهد هر گروه (یا فرد – بر اساس تعداد کلاس) تحقیق کند از چه مواد اولیه ای برای تهیه ماکت می توان استفاده کرد؟
چطور با در نظر گرفتن خط مشی های دوستدار محیط زیست، مدلی از آتش فشان ارائه کنیم که قابل استفاده مجدد باشد؟
فرآیند طبیعی ایجاد آتشفشان را با چه تدابیری دقیق تر در آزمایش خود نشان دهیم

در ادامه با اعطای مسئولیت به هر یک از اعضای گروه یا کلاس مسیر کسب تجربه آگاهانه را برای دانش آموزان هموار تر نمایید. از دانش آموزان بخواهید برداشت خود را از آزمایش آتشفشان به اشتراک گذاشته و با استفاده از محتوای کتاب درسی عیارسنجی کنند.

قرار است دور هم یک مدل ساده از یک آتشفشان بسازید که هنگام ریختن مواد مختلف در داخل آن، یک واکنش شیمیایی رخ دهد و مانند یک آتشفشان واقعی فوران کند. این فعالیت علاوه بر اینکه یک تجربه جذاب و هیجان‌انگیز برای دانش‌آموزان است، فرصتی برای آموزش مفاهیم علمی مختلف نیز فراهم می‌آورد.

مراحل اجرا

۱. آماده‌سازی مواد لازم

توجه داشته باشید آنچه در ادامه این بخش مشاهده می کنید صرفا یک مدل پیشنهادی از مواد اولیه است که برای ایجاد جرقه ذهنی می توان به کلاس ارائه داد. البته که مواد اولیه ساده و در دسترس هستند و پیشنهاد می شود با مواد ساده و در دسترس دیگر مخصوصا مواد دور ریختنی جایگزین کرد که به راحتی می‌توان آن‌ها را در کلاس درس پیدا کرد. مواد لازم پیشنهادی عبارتند از:

یک بطری پلاستیکی کوچک، مقوا، مل و… (برای ساخت جسم آتشفشان)
بیکربنات سدیم (جوهر نمک یا جوش شیرین)
سرکه (که به عنوان اسید عمل می‌کند)
ظرف مناسب برای قرار دادن مواد (مثلاً سینی بزرگ یا بشقاب)

پیشنهاد انجمن معلمان این است که در هر فعالیت شبیه آزمایش آتشفشان بخشی از مواد لازم توسط مدرسه/معلم تامین شود.

۲. ساخت مدل آتشفشان

در این مرحله، معلم می‌تواند از دانش‌آموزان بخواهد تا با تعاملات میان فردی و ایجاد نوآوری یک مدل برای آزمایش آتشفشان ساده بسازند. هر گروه می تواند قبل از شروع به کار مراحل ساخت آتشفشان را توضیح دهد تا توسط کلاس درباره عملی بودن و امکان پذیر بودن ساخت مدل ارزیابی شود:

یک بطری پلاستیکی کوچک را در وسط سینی یا بشقاب قرار می دهیم.
دور بطری را با خمیر بازی یا گِل نرم می پوشانیم تا شبیه به کوه آتشفشان شود. بالا و دهانه بطری باز بماند.
برای زیبایی بیشتر و جذابیت بیشتر، رنگ خوراکی به مواد اضافه می کنیم تا آتشفشان رنگی‌تر به نظر برسد.

اصلاحیه های احتمالی که به این ارائه بازخورد داده می شود:

توجه کنید دهانه آتشفشان باز باشد
از کجا می خواهید مواد شیمیایی را وارد کنید؟ اگر از دهانه ماکت مواد شیمیایی را بیفزاییم کمتر شبیه به الگوی طبیعی است.
پیشنهاد رنگ خوراکی جذاب بود.
گل وا می رود.
و…

۳. آماده کردن واکنش شیمیایی

برای انجام آزمایش آتشفشان در داخل بطری، با نظارت معلم و پس از تفکیک نقش ها باید مقداری بیکربنات سدیم (جوش شیرین) بریزد. این ماده به عنوان یک باز عمل می‌کند و وقتی با سرکه (که اسید است) ترکیب شود، یک واکنش شیمیایی رخ می‌دهد که گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌کند. این گاز باعث می‌شود که مواد از دهانه آتشفشان فوران کنند.

نقش های پیشنهادی شما در یک آزمایش علمی چیست؟ در انجمن معلمان بنویسید.

۴. انجام واکنش و مشاهده نتایج

حال نوبت به انجام واکنش شیمیایی و مشاهده فوران در آزمایش آتشفشان می‌رسد. معلم می‌تواند به به دانش‌آموزان توضیح دهد که وقتی سرکه (اسید) را روی بیکربنات سدیم (باز) می‌ریزیم، واکنش زیر رخ می‌دهد:

$NaHCO3+CH3COOH→CO2(g)+H2O+NaCH3COO\text{NaHCO}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CO}_2 (g) + \text{H}_2\text{O} + \text{NaCH}_3\text{COO}$

این واکنش باعث تولید گاز دی‌اکسید کربن (CO₂) می‌شود که فشار زیادی را درون بطری ایجاد کرده و باعث می‌شود که مواد شبیه به گدازه از دهانه آتشفشان فوران کنند. دانش‌آموزان می‌توانند از نزدیک این فرآیند را مشاهده کرده و تجربه کنند.

توضیح این روند حالا و پس از انجام آزمایش جایگاه معلمی را در کلاس تقویت می کند.

نکته مهم: مطب را صرفا اگر بر آن تسلط دارید و مطمئن هستید که شیوه بیان شما در سلسله مراتب آموزشی چالشی ایجاد نمی کند ارائه کنید.

۵. تجزیه و تحلیل و یادگیری مفاهیم

پس از فوران در آزمایش آتشفشان، معلم می‌تواند به توضیح مفاهیم علمی بپردازد و دانش‌آموزان را به تفکر درباره آنچه که مشاهده کرده‌اند، ترغیب کند. این مفاهیم شامل:

واکنش‌های اسید و باز: معلم می‌تواند توضیح دهد که چگونه ترکیب یک اسید (سرکه) و یک باز (جوش شیرین) باعث تولید گاز می‌شود.
فشار گاز: معلم می‌تواند از این تجربه برای توضیح اینکه گاز تولیدشده باعث ایجاد فشار و فوران مواد از دهانه آتشفشان می‌شود، استفاده کند.
انرژی شیمیایی: می‌توان توضیح داد که این واکنش شیمیایی انرژی آزاد می‌کند که به صورت گاز و حرکت مواد مشاهده می‌شود.

۶. آزمایشات بیشتر و ثبت نتایج

پس از انجام واکنش اصلی، معلم می‌تواند دانش‌آموزان را تشویق کند تا آزمایش‌هایی انجام دهند. به‌عنوان مثال:

چه اتفاقی می‌افتد اگر مقدار بیشتری جوش شیرین استفاده کنیم؟
آیا استفاده از سرکه سرد یا گرم تأثیر بر شدت فوران دارد؟
آیا اگر رنگ‌های مختلف سرکه استفاده شود، فوران رنگ‌های مختلفی خواهد داشت؟

دانش‌آموزان می‌توانند نتایج آزمایش آتشفشان را در دفترچه‌های خود یادداشت کنند و به تحلیل آن بپردازند.

مزایای این ایده

یادگیری عملی: دانش‌آموزان با انجام یک واکنش شیمیایی ساده، مفاهیم علمی را به‌طور عملی و قابل مشاهده می‌آموزند.
جذب توجه دانش‌آموزان: فعالیت هایی شبیه به آزمایش آتشفشان و هیجان‌انگیز باعث جلب توجه بیشتر دانش‌آموزان به درس و مفاهیم علمی می‌شود.
تقویت مهارت‌های تحقیقاتی: انجام آزمایش‌ها و ثبت نتایج، به دانش‌آموزان مهارت‌های تحقیقاتی و تفکر علمی را می‌آموزد.
آموزش مفاهیم پیچیده به زبان ساده: این فعالیت می‌تواند مفاهیم پیچیده‌ای مانند واکنش‌های شیمیایی و فشار گاز را به روشی ساده و قابل فهم برای دانش‌آموزان ارائه دهد.

نتیجه‌گیری

برگزاری یک ” آزمایش آتشفشان خاص” در کلاس درس می‌تواند یک تجربه هیجان‌انگیز و آموزنده برای دانش‌آموزان باشد. این پروژه نه تنها مفاهیم علمی مانند واکنش‌های اسید و باز، فشار گاز و انرژی شیمیایی را به‌صورت عملی و قابل مشاهده آموزش می‌دهد، بلکه به دانش‌آموزان این فرصت را می‌دهد که با آزمایش‌ها و تجزیه و تحلیل نتایج، مهارت‌های تحقیقاتی خود را تقویت کنند. این نوع فعالیت‌های عملی می‌تواند علاقه دانش‌آموزان به علوم تجربی را افزایش دهد و آن‌ها را به یادگیری بیشتر در این زمینه تشویق کند.

نکته مهم این است که اصولا استفاده از یک تکنیک آموزشی برای سالیان متمادی اشتباه نیست! اشتباه آنجاست که هرسال مغز متفکر اجرای ایده صرفا معلم باشد. با نیازسنجی های آموزشی دقیق و تعامل موثر می توان فعالست هایی مثل آزمایش آتشفشان که امتحان خود را پس داده اند به شیوه های خلاقانه و هوشمندانه ای بازآفرینی کرد.
شما بگویید: چه نکات ایمنی باید برای انجام آزمایش آتشفشان یا فعالیت های از این دست در کلاس درس رعایت نمود؟