GIÁO ÁN STEM - CHỦ ĐỀ CACBON VÀ ỨNG DỤNG

CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CACBON VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO MƠ HÌNH LỌC NƯỚC ĐƠN GIẢN ( Dạy 27 - Cacbon; Hóa học 9) I/ MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU: * Đối tượng, thời gian, thời lượng tổ chức chủ đề: Sản phẩm Máy lọc nước tự chế Đối tượng HS Khối Thời gian Học kì Thời lượng tiết Vấn đề thực tiễn: Hà Lâu xã vùng cao đặc biệt khó khăn huyện Tiên Yên, cách trung tâm huyện 30km phía Bắc Xã có địa hình rợng, dân cư phân bố rải rác, địa hình đời núi dốc, đường xá lại gặp nhiều khó khăn, nhất đường lên thơn Đặc biệt, mùa mưa hay gây lũ lớn Vào mùa nước lũ, nước sông thường đục ngàu sử dụng để sinh hoạt được, ảnh hưởng lớn tới đời sống người dân Vì việc tạo nước nơi trở thành vấn đề cấp thiết thực tiễn Bên cạnh đó, học sinh tham gia hoạt động thiết kế, chế tạo hệ thống lọc nước có nhiều hợi để lĩnh hợi vận dụng kiến thức tính chất ứng dụng Cacbon thực tế Hình thành ý tưởng chủ đề: Bản vẽ thiết kế Tự làm máy lọc nước Máy lọc nước tự chế Tính hấp phụ Cacbon NL: Sử dụng vỏ chai nhựa, than, sỏi, cát Kiến thức STEM chủ đề: Tên sản phẩm Khoa học (S) Cơng nghệ (T) Kỹ thuật (E) Tốn học (M) Máy lọc nước tự Khả hấp phụ chế chất màu, chất mùi, chất tan nước Cacbon Chai nhựa, than hoạt tính, cát sỏi để gia công lắp ráp máy lọc nước Bản vẽ quy Đo chiều dài trình lắp ráp mơ chai nhựa, lượng hình máy lọc nguyên vật liệu nước cần cho vào theo vẽ Mục tiêu chủ đề: - Thiết kế mơ hình hệ thống lọc nước sinh hoạt tự chế hợ gia đình - Lý chọn dự án: + Giúp học sinh có kiến thức tính chất, ứng dụng cacbon, vai trị nước người; từ biết cách chế tạo mơ hình hệ thống lọc nước gia đình để thu nước sạch.b + Giúp giảm tình trạng thiếu nước địa phương triển khai dự án quy mô lớn  Kiến thức liên quan đến chủ đề: * Mơn Hóa học: Nêu - Đơn chất Cacbon có dạng thù hình chính, sơ lược tính chất vật lí dạng thù hình - Tính chất hố học cacbon: Cacbon có mợt số tính chất hố học phi kim Tính chất hoá học đặc biệt cacbon tính khử nhiệt độ cao - Một số ứng dụng tương ứng với tính chất vật lí tính chất hoá học cacbon - Ứng dụng cacbon đời sống, cách sử dụng nhiên liệu hợp lí * Môn Công nghệ : - Một số kĩ thuật q trình thiết kế mơ hình hệ thống lọc nước từ chai nhựa đã qua sử dụng, sỏi, sát *Mơn Tốn học: Tính tốn lượng ngun vật liệu than hoạt tính, cát, sỏi để sử dụng đạt hiệu  Kỹ năng: - Rèn kỹ tự nghiên cứu tài liệu SGK Hóa học 9, thông tin Internet, tài liệu thực trạng khai thác sử dụng than đá hiện nay, biện pháp bảo vệ môi trường…và lập kế hoạch hoạt đợng nhóm - Củng cố kỹ thực hành thí nghiệm; nhận xét, phân tích nội dung thông tin để tổng hợp kiến thức - Thiết kế vẽ cấu tạo máy lọc nước - Chế tạo máy lọc nước theo phương án thiết kế - Vận hành, thử nghiệm, cải tiến máy lọc nước chưa phù hợp - Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ chính kiến  Thái độ: - Hịa nhã, có tinh thần trách nhiệm nhiệm vụ chung nhóm - Nhiệt tình, đợng q trình thực hiện gia cơng, lắp ráp máy lọc nước - Ý thức cộng đồng trước khó khăn người dân vùng khó khăn thiếu nước sạch, sử dụng tiết kiệm nước Chuẩn bị: * GV:- ống hình trụ, nút có ống vuốt, giá sắt, cốc thuỷ tinh (như hình 3.7) - Nước pha mực màu, than gỗ tán nhỏ, sbông thấm nước - Ống nghiệm, nút có ống dẫn thuỷ tinh xuyên qua, cốc hoặc ống nghiệm, đèn cồn, diêm - Bột CuO khô, than gỗ khô, nước vôi - Than hoạt tính cho nhóm - Máy chiếu, máy chiếu vật thể * HS: - Tiết 1: Nghiên cứu trước tình thực tiễn nhà, đưa biện pháp làm nước - Tiết 2: Mơ hình hệ thống lọc nước đã chế tạo ra, thuyết trình sản phẩm Phương pháp – Hình thức dạy học: - Phương pháp: hợp tác nhóm, thí nghiệm trực quan - HTDH: Dạy học STEM II PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC (QUY TRÌNH THIẾT KẾ BÀI HỌC) Hoạt động 1: Xác định vấn đề nhu cầu thực tiễn a Mục đích hoạt động: - GV đưa tình thực tiễn cuối tiết học trước, yêu cầu HS nhà suy nghĩ phát hiện vấn đề đề xuất biện pháp cần giải tình - Học sinh phát hiện vấn đề cần giải thực tiễn là: vào mùa lũ, nước sông suối bị đục, bẩn khiến người dân vùng lũ khơng dùng được, nên cần có giải pháp thiết kế hệ thống máy lọc nước tự chế đơn giản ít tốn kém, sử dụng lâu dài để biến nước sông suối thành nước sử dụng - Học sinh có hứng thú tìm cách giải vấn đề b Nội dung hoạt động: GV chiếu lại nhiệm vụ nhà cuối tiết học trước ? Em hãy đưa giải pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm để cung cấp nước cho người dân xã Hà Lâu vào mùa lũ GV y/c HS báo cáo kết nghiên cứu HS: Nêu một số giải pháp xử lý ng̀n nước, có giải pháp chế tạo máy lọc nước đơn giản với nguyên vật liệu dễ kiếm than hoạt tính, cát, sỏi, bình chứa ? Theo em giải pháp trên, giải pháp thực hiện hợ gia đình với chi phí thấp lâu dài? HS: lựa chọn giải pháp ? Hãy cho biết sử dụng thêm nguyên liệu than hoạt tính HS: dựa vào kiến thức đã tìm hiểu trả lời GV nhận xét GV: Việc sử dụng thêm than hoạt tính để lọc nước rất tốt, giúp thu nước Như chúng ta chọn ý tưởng làm mợt dự án chế tạo mơ hình lọc nước đơn giản, dự án chúng ta thành cơng áp dụng thử nghiệm thực tế GV phát phiếu học tập cho nhóm, yêu cầu nhóm ghi tên dự án vào trung tâm phiếu, thơng tin cịn lại ghi tiếp q trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm GV: chiếu nguyên, vật liệu ? Theo em chúng ta sử dụng vật làm bình chứa HS: chai, lọ nhựa đã qua sử dụng ? Theo em tính khoa học dự án HS: sử dụng than hoạt tính để lọc nước Vậy để hiểu rõ tính khoa học việc dùng than hoạt tính chế tạo máy lọc nước nào, chúng ta cùng tìm hiểu c Dự kiến sản phẩm: - Phiếu thảo luận nhóm HS lên ý tưởng đề xuất nguyên vật liệu cần thiết (than củi, than hoạt tính, cát, sỏi, bình, chai, lọ ) - Học sinh thảo luận chia sẻ kiến thức đã biết thông qua học d Đánh giá: - HS dựa vào thơng tin đã tìm hiểu trước nhà, kết hợp với quan sát thực tiễn trả lời câu hỏi - HS nêu ngun liệu để làm mơ hình bình lọc nước: Than hoạt tính, sỏi, cát, chai nhựa - Tuy nhiên HS chưa giải thích lại dùng than hoạt tính, thành phần than hoạt tính gì, có tính chất mà có ứng dụng => GV dẫn dắt học sinh tìm hiểu kiến thức Hoạt động 2: Nghiên cứu lí thuyết (học kiến thức mới) a Mục đích hoạt động: - HS biết được: Các dạng thù hình cacbon, tính chất cacbon hoạt tính, ứng dụng cacbon - HS có kĩ làm thí nghiệm cacbon - Rèn lụn cho học sinh chủ đợng tìm hiểu kiến thức Hóa học, Cơng nghệ - Phát triển lực tự học, kỹ quản lý thời gian, kỹ tìm kiếm thơng tin - Rèn kỹ làm việc nhóm b Nội dung hoạt động: Hoạt động GV-HS Tìm hiểu dạng thù hình Cacbon GV thông báo: than hoạt tính hay C vơ định hình mợt dạng thù hình C, ngồi C cịn dạng thù hình khác? HS: Kim cương, Than chì, HS: trả lời ? Hãy nêu tính chất dạng thù hình C HS: trả lời: + Kim cương: cứng, suốt + Than chì: mềm, đen, dẫn điện tốt + Than gỗ, than đá, than xương, mờ hóng ) xốp, khơng dẫn điện Nội dung ghi bảng I/ Các dạng thù hình Cacbon - Khái niệm: SGK - Cacbon có dạng thù hình: + Kim cương: cứng, suốt + Than chì: mềm, đen, dẫn điện tốt + Cacbon vơ định hình (than gỗ, than đá, than xương, bờ hóng…) xốp, khơng dẫn điện II/ Tính chất cacbon Tìm hiểu tính chất cacbon GV: Trong dạng thù hình C, C vơ định Tính chất hấp phụ than gỗ hình hoạt đợng hóa học mạnh nhất, nên ta xét t/c C - GV hướng dẫn HS thực hiện TN * Chú ý: than gỗ điều chế, nghiền nhỏ, lèn chặt có chiều dày nhất định bảo đảm TN thành công ? Nêu hiện tượng HS quan sát: màu sắc dung dịch mực lớp than màu dd thu cốc phía - Nêu hiện tượng: mực bị mất màu ? Giải thích rút nhận xét GV chiếu hình - Giải thích: than gỗ xốp nên có khả giữ lại chất màu bề mặt - Rút nhận xét: than gỗ có tính hấp phụ * GV cho biết thêm một số hiện tượng hoặc y/c HS kể một số hiện tượng chứng tỏ tính hấp phụ màu, mùi than gỗ ứng dụng tính chất đời sống như: lọc nước, khử mùi khê cơm GV đặt vấn đề: ? Phi kim có tính chất hóa học HS nhắc lại ? Liệu cacbon có tính chất hố học phi kim nói chung khơng - GV thơng báo cho HS một số thông tin như: + Tác dụng cacbon với oxi (đã biết) + Tác dụng với hiđro điều kiện rất khó khăn (ở 1000oC) để tạo thành CH4 + Cacbon tác dụng với một số KL: Tác dụng với Ca lò điện để tạo thành CaC2 ) => Cacbon có tính chất hóa học phi kim, phi kim yếu ? Em hãy nêu hiện tượng đốt than, than gỗ (than hoa) HS: than cháy tỏa nhiệt GV y/c HS lên viết PTHH GV: Sản phẩm trình đốt than gây ảnh hưởng đến môi trường? HS: Gây ô nhiễm môi trường GV: giới thiệu thêm: than có thành phần chính C ngồi cịn có mợt lượng nhỏ S Sản phẩm q trình đốt than CO, CO2, SO2 chất gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính ? Để bảo vệ mơi trường chúng ta cần có biện pháp HS: suy nghĩ trả lời * Ngoài TCHH trên, Cacbon tác dụng với số oxit kim loại * GV hướng dẫn HS làm thí nghiệm CuO tác dụng với C Để TN thành công, cần chú ý: - Than vừa điều chế, giã thành bột mịn, cho vào túi nilon khô, dán kín - CuO phải khô, cho vào túi nilon dán kín - Trợn hỗn hợp: thìa nhỏ CuO + thìa nhỏ C, - Than gỗ, than xương… điều chế có tính hấp phụ cao gọi than hoạt tính - Than hoạt tính dùng để làm trắng đường, chế tạo mặt nạ phịng đợc Tính chất hố học: * Cacbon có tính chất hố học một phi kim một phi kim yếu: t0 C + 2H2 → CH4 (Phản ứng xảy 1000oC ) → CaC2 2C + Ca  (Phản ứng phải xảy lò điện) t0 C+ O2 → CO2 trộn Chỉ lấy một ít hỗn hợp cho vào ống - Cacbon tác dụng với oxit kim loại: nghiệm khô để làm TN - Dùng đèn cồn tập trung lửa vào đáy ống nghiệm đựng hỗn hợp * HS quan sát hiện tượng, giải thích rút nhận xét: - HS quan sát trạng thái, màu sắc hỗn hợp rắn nước vôi trước phản ứng - HS quan sát biến đổi màu sắc, trạng thái hỗn hợp ban đầu, đặc biệt phần tiếp xúc mạnh với nhiệt thay đổi ống nghiệm đựng nước vôi đốt nóng hỗn hợp phản ứng đã xảy (so sánh với nước vôi ống nghiệm khác) - HS nêu hiện tượng: có chất rắn màu đỏ tạo thành, nước vôi vẩn đục - Dự đoán sản phẩm: Cu kim loại màu đỏ, khí CO2 - HS viết PTHH rút nhận xét - GV nêu thêm một số PƯ C khử Oxit KL khác, t0 + Y/c HS rút KL? C + CuO → Cu + CO2 + Y/c HS hệ thống lại tính chất hoá học cacbon? * Chú ý: cacbon tác dụng với một số oxit KL hoạt đợng trung bình, khơng tác dụng với oxit KL mạnh như: Al2O3 , MgO , Na2O : Ứng dụng cacbon Dựa vào tính chất lý hóa Cacbon mà có ứng dụng khác GV chiếu hình ảnh, y/c HS nêu ứng dụng Cacbon + Kim cương: làm đồ trang sức, làm mũi khoan, dao cắt kính + Than chì: làm điện cực, chất bôi trơn, ruột bút III/ Ứng dụng cacbon chì SGK + Cacbon vơ định hình: chế tạo mặt nạ phịng đợc, làm chất khử màu, mùi Than hoạt tính làm nguyên liệu khử oxit KL công nghiệp luyện kim c Dự kiến sản phẩm: - Sản phẩm: + Kết thí nghiệm nhóm, phiếu học tập ghi kết + Kết luận tính chất hấp phụ màu, tính chất hóa học ứng dụng C d Đánh giá: + Thông qua quan sát: GV chú ý quan sát nhóm tiến hành thí nghiệm, kịp thời phát hiện thao tác, khó khăn, vướng mắc HS có giải pháp hỗ trợ hợp lí + Thông qua HĐ chung lớp: Đánh giá nhận xét: GV cho nhóm tự đánh giá q trình thí nghiệm cho nhóm nhận xét, đánh giá lẫn GV nhận xét, đánh giá chung Hoạt động 3: Giải vấn đề: Bước 1: Đề xuất giả thuyết khoa học ( giải pháp khả dĩ) a Mục đích hoạt động: - Dựa vào kết HS làm thí nghiệm kiểm chứng tính hấp phụ cacbon, từ đưa ý tưởng dùng cacbon (than hoạt tính) để lọc nước - Ngoài Cacbon hoạt tính, cần cho thêm cát, sỏi để đạt hiệu cao - Làm thử nghiệm mơ hình chai nhựa b Nội dung hoạt động: GV đặt vấn đề: Như qua phần tìm hiểu kiến thức ta đã biết dựa vào tính chất C mà sử dụng để lọc nước HS: Tính chất hấp phụ Cacbon * Sau chế tạo mơ hình lọc nước đơn giản ? Theo em, sau có nguyên, vật liệu, bước ta cần làm HS: trả lời GV yêu cầu: Các em đưa nội dung cách thiết kế vào phiếu học tập theo gợi ý sau: - Thiết kế: ( sắp xếp bố trí thứ tự nguyên liệu chai cho hợp lý để lọc tốt nhất, lượng nguyên liệu sử dụng theo thể tích hoặc chiều dày VD: GV chiếu kết nhóm c Dự kiến sản phẩm: - Nội dung phiếu học tập d Đánh giá: GV: sử dụng kỹ thuật động não yêu cầu HS đưa ý tưởng sau đã nghiên cứu lý thuyết Bước 2: Chọn giải pháp tốt (giải pháp khả thi) a Mục đích hoạt động - Phân tích giải pháp đã đề xuất tìm giải pháp tối ưu nhất b Nội dung hoạt động: ? Theo em phương án nhóm có khả đạt kết cao nhất GV hướng dẫn HS lựa chọn phương án khả thi + Phân tích giải pháp đã đề xuất tìm giải pháp tối ưu nhất về: * Các nhóm thống nhất được: – Nguyên liệu: Sỏi, cát, than hoạt tính, bình, chai nhựa chứa nguyên liệu – Cách làm: + Lộn ngược bình chứa nước, rời bịt mợt lớp vải + Đổ than hoạt tính xuống cùng + Lớp thứ đổ cát + Lớp cùng đổ sỏi * Lưu ý: - Than hoạt tính cần rửa hết bụi than - Cần tính toán cho lớp than hoạt tính cần có đợ dày phù hợp để lọc nước tốt nhất - Sau xong phần đổ vật liệu lọc, treo máy lọc nước tự chế lên, đổ nước để lọc c Dự kiến sản phẩm: - Phương án tốt nhất mà HS lựa chọn d Đánh giá: - Học sinh thảo luận phân loại đề xuất đã nêu có rõ ưu nhược điểm giải pháp - GV cùng học sinh thống nhất chọn lựa phương án tối ưu Bước 3: Chế tạo mơ hình mẫu thử nghiệm a Mục đích hoạt động: - Sau lựa chọn đề xuất tối ưu, thiết kế chế tạo mơ hình mẫu thử nghiệm b Nội dung hoạt động: - Giáo viên giao nhiệm vụ cho nhóm hồn thành nhà thường xun liên lạc giải đáp thắc mắc - Trong trình chế tạo, lắp ráp, có khó khăn vướng mắc liên hệ với cô giáo để cùng tháo gỡ - Các nhóm mời chuyên gia để hỗ trợ kĩ thuật ( GVBM, phụ huynh…) c Dự kiến sản phẩm: - Có hệ thống chai nhựa nguyên vật liệu để thực hiện d Đánh giá: - Giáo viên giao nhiệm vụ cho nhóm hồn thành nhà thường xuyên liên lạc giải đáp thắc mắc - Cung cấp nguyên liệu hướng dẫn học sinh kỹ thuật thực hiện - Học sinh định kỳ họp nhóm để trao đổi khó khăn vướng mắc thực hiện dự án để cùng tháo gỡ Bước 4: Thử nghiệm đánh giá a Mục đích hoạt động: - Học sinh tiến hành thử nghiệm lọc nước lấy từ sơng (có ghi nhật ký) b Nội dung hoạt động: * Thử nghiệm: GV: Sau thiết kế, lắp ráp xong, em tiến hành thử nghiệm lọc nước lấy từ sơng về, có ghi nhật ký theo dõi đánh giá trình lọc - Sau nhiều lần kiểm tra theo tiêu chí: độ nước * Lưu ý: Khi tiến hành nhà, em cần chụp ảnh, quay lại video minh chứng trình làm sản phẩm, để tiết sau báo cáo sản phẩm em phải có phần trình bày q trình hợp tác nhóm, từ khâu chuẩn bị, tính tốn, thiết kế gia cơng lắp ráp * Đánh giá: ( Tiến hành tiết thứ 2) - GV cho HS thuyết trình sản phẩm nhóm tổ chức chấm sản phẩm nhóm c Dự kiến sản phẩm: - Học sinh có nhật ký ghi chép trình thí nghiệm - Các sản phẩm bình lọc nước - Thuyết trình sản phẩm d Đánh giá: - HS tiến hành lắp ráp thí nghiệm nhà theo nhóm - Yêu cầu hs có ghi nhật ký ngày thực hiện - GV thường xuyên trao đổi, tư vấn, tháo gỡ khó khăn cho nhóm Bước 5: Chia sẻ thảo luận a Mục đích hoạt động: - Tổ chức cho học sinh báo cáo sản phẩm đã thực hiện thảo luận b Nội dung hoạt động: GV: - Tổ chức cho HS báo cáo sản phẩm đã thực hiện thảo luận HS: - Các nhóm báo cáo, chia sẻ sản phẩm nhóm - Thảo luận quy trình lắp ráp hợp lý nhất - Những khó khăn cách khắc phục thực hiện dự án - Bản báo cáo sản phẩm nhóm (word, powerpoint) - GV nhận xét, góp ý sản phẩm nhóm c Dự kiến sản phẩm: - Các sản phẩm nhóm bình lọc nước - Bản báo cáo sản phẩm nhóm (word, powerpoint) d Đánh giá: - GV nhận xét, góp ý sản phẩm nhóm Bước 6: Điều chỉnh thiết kế a Mục đích hoạt động - Hs rèn kỹ lắng nghe kỹ phản biện - Phát triển lực giải vấn đề sáng tạo b Nội dung hoạt động: - Chọn kỹ thuật, cách lắp ráp tốt nhất điều chỉnh theo góp ý giáo viên nhóm khác để sản phẩm hoàn thiện - GV cho HS thử nghiệm lọc với nước màu lớp - Giáo viên tóm tắt nội dung chủ đề học, đưa nhận xét đánh giá sơ bộ, rút kinh nghiệm cho nhóm - Giáo viên yêu cầu nhóm bổ sung hoàn thiện sản phẩm làm tư liệu dạy học - Giáo viên tuyên dương nhóm, cá nhân làm việc hiệu - Giáo viên giao nhiệm vụ nhà c Dự kiến sản phẩm: - Các ghi chép góp ý HS - Bảng đánh giá sản phẩm - Các SP dự án học sinh bổ sung hoàn thiện d Đánh giá: - Giáo viên tóm tắt nợi dung chủ đề học, đưa nhận xét đánh giá sơ bộ, rút kinh nghiệm cho nhóm - Giáo viên yêu cầu nhóm bổ sung hồn thiện sản phẩm làm tư liệu dạy học hoặc làm sản phẩm nghiên cứu khoa học - Giáo viên tuyên dương nhóm, cá nhân làm việc hiệu - Giáo viên giao nhiệm vụ nhà ======================== *) PHÂN PHỐI THỜI GIAN THỰC HIỆN: - Tiết 1: Từ hoạt động đến hết bước hoạt đợng phần tiến trình dạy học - Bước 3, 4: Các nhóm HS tiến hành học - Tiết 2: Bước 5, cịn lại *) Lý phân bố: để tiến hành bước 3, HS cần tìm kiếm nguyên vật liệu, thiết kế, gia công, làm thử nghiệm ghi kết quả, trình mất nhiều thời gian yêu cầu nhiều lực lượng cùng tham gia  ... chất hoá học đặc biệt cacbon tính khử nhiệt độ cao - Một số ứng dụng tương ứng với tính chất vật lí tính chất hoá học cacbon - Ứng dụng cacbon đời sống, cách sử dụng nhiên liệu hợp lí... trung bình, khơng tác dụng với oxit KL mạnh như: Al2O3 , MgO , Na2O : Ứng dụng cacbon Dựa vào tính chất lý hóa Cacbon mà có ứng dụng khác GV chiếu hình ảnh, y/c HS nêu ứng dụng Cacbon + Kim cương:... hiệu - Giáo viên giao nhiệm vụ nhà c Dự kiến sản phẩm: - Các ghi chép góp ý HS - Bảng đánh giá sản phẩm - Các SP dự án học sinh bổ sung hoàn thiện d Đánh giá: - Giáo viên tóm tắt nợi dung chủ