Các bước thí nghiệm Nội dung
Bước 1 Nêu vấn đề
Đây là bước đầu tiên thí nghiệm, GV đặt ra cho HS một vấn đề thường liên quan đến đời sống, HS sẽ có nhu cầu muốn giải quyết vấn đề đó, để tạo động cơ suy nghĩ, học tập.
Bước 2 Đề xuất hướng giải quyết, xây dựng kế hoạch giải quyết
bằng thí nghiệm.
Khi có sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tích cực tham gia vào vấn đề, đưa ra các phương án, kế hoạch để giải quyết vấn đề, từ đó hình thành cho các em kĩ năng phát hiện và giải quyết vấn đề. Đây là một trong những năng lực quan trọng không chỉ được áp dụng trong quá trình học tập mà còn được áp dụng trong cuộc sống, cũng như trong các hoạt động nghề nghiệp sau này.
Bước 3 Thực hiện thí nghiệm, tạo ra sản phẩm thực.
Khi đã lập được kế hoạch thực hiện, HS hoặc nhóm HS sẽ tiến hành thí nghiệm, đồng thời quan sát và ghi chép, lưu lại quá trình thực hiện. Kết quả của thí nghiệm STEM sẽ là sản phẩm thực, có tác dụng trong cuộc sống. Điều
này làm HS thích thú hơn so với những thí nghiệm chỉ có mục đích truyền thụ kiến thức.
Bước 4 Đánh giá kết quả.
Sản phẩm của thí nghiệm STEM là sản phẩm thực, vì vậy việc đánh giá kết quả thí nghiệm cũng sẽ trực quan và rõ ràng hơn. Trong quá trình đánh giá, HS vừa có thể học hỏi từ GV lẫn bạn bè trong lớp.
Bước 5 Thảo luận, rút ra kiến thức.
Khi thảo luận, HS có cơ hội củng cố, vận dụng kiến thức đã có; hiểu rõ, sâu và rộng hơn kiến thức lí thuyết đã học đồng thời cũng rút ra kiến thức mới từ thí nghiệm các em đã thực hiện.
2.4. Hệ thống thí nghiệm STEM chương sắt và một số kim loại quan trong Thí nghiệm 1: Ăn mòn điện hóa hợp kim sắt và biện pháp chống ăn mòn điện Thí nghiệm 1: Ăn mòn điện hóa hợp kim sắt và biện pháp chống ăn mòn điện hóa
*Mục tiêu:
Kiến thức
-Trình bày được quá trình ăn mòn và phương pháp chống ăn mòn.
-Hs vận dụng kiến thức đã học để xử lý quá trình ăn mòn thường gặp trong cuộc sống. -Hs đề xuất được các cách để chống ăn mòn.
Kĩ năng
- Rẽn kĩ năng làm việc nhóm, thuyết trình, quan sát. - Hs thao tác được các biện pháp chống ăn mòn.
Thái độ
-Tăng khả năng hợp tác, trao đổi giữa học sinh các nhóm với nhau và với cả giáo viên.
- Tăng hứng thú trong việc tiếp thu kiến thức mới..
Định hướng phát triển năng lực
- Giúp HS phát triển NLGQVĐ, khả năng vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, năng lực thực hành, năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông.
* Chuẩn bị phương tiện và kế hoạch thực hiện
- Dây phơi quần áo bằng hợp kim sắt. - Một số kim loại: kẽm, đồng, magie … - Vật dụng cần thiết cho các thí nghiệm..
- Hs chuẩn bị các vật dụng cần thiết, thí nghiệm được thực hiện trong các giờ học thực hành.
* Kiến thức liên quan
STT STEM NỘI DUNG KIẾN THỨC
1 S(Science – Khoa học) -Trang bị các kiến thức về: ăn mòn điện hóa và phương pháp chống ăn mòn điện hóa, -Liên hệ kiến thức một số môn học khác để lựa chọn các biện pháp chống ăn mòn hợp lý. 2 T(Technology –Công nghệ) -Lựa chọn các nguyên liệu khi thực hiện, đảm bảo: an toàn, dễ tìm, mang lại hiệu quả cao cho sản phẩm.
3 E (Engineering – Kĩ thuật) - Cách tiến hành nối các thanh kim loại khác để khắc phục tình trạng ăn mòn của các vật liệu.
-Lựa chọn các cách làm khác nhau để có sản phẩm đẹp, có tính thẩm mỹ cao.
4 M (Math – Toán học) -Tính toán được dụng cụ cần dùng để tiến hành làm sản phẩm.
-Tính toán được vật liệu cần dùng như: đồng, sắt, kẽm
* Cách tiến hành thí nghiệm
- Các nhóm chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm được phân công của nhóm.
- Dùng các thanh kim loại khác nhau để nối vào vật liệu cần chống ăn mòn là hợp kim sắt.
* Kết quả và giải thích
- Trong cuộc sống hằng ngày, những vật dụng thông thường nhất từ dây phơi, chiếc muỗng,… hay thậm chí là những công trình thiết bị lớn như tàu, thuyền,… thì sắt và hợp chất sắt luôn đóng vai trò quan trọng không thể thiếu. Nhưng bản chất của kim loại sắt dễ dàng bị oxi hóa bởi không khí. Nên cần có những biện pháp bảo vệ hợp lý. Một trong số đó là phương pháp mạ kẽm. Đây là phương thức phủ một lớp kẽm lên bề mặt kim loại làm tăng độ bền và tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
- Sau khi tiến hành thí nghiệm và qua thời gian kiểm chứng, các em thấy các vật dụng không bị ăn mòn, đảm bảo độ bền đẹp trong không khí và khi sử dụng.
- Giải thích hiện tượng:
+ Hợp kim sắt trong không khí (thành phần chính là Fe và C) luôn có một lớp nước rất mỏng hòa tan khí O2 và CO2 tạo dung dịch chất điện ly. Khi đó:
Tại Anot: Fe → Fe2+ + 2e
Tại Catot: O2 + 2H2O + 4e → 4OH –
+ Trong thực tiễn, Zn (kẽm) là kim loại được ứng dụng nhiều nhất cho việc bảo vệ hợp chất Fe (sắt). Phương pháp ăn mòn điện hóa khi Fe được mạ một lớp Zn thì phần kim loại Zn sẽ hình thành một pin điện. Phần Fe là cực dương, Zn là cực âm và bị ăn mòn theo cơ chế.
Tại Anot: Zn → Zn2+ + 2e
Tại Catot: O2 + 2H2O + 4e → 4OH –
Thí nghiệm 2: Xác định nồng độ ion sắt có trong nguồn nước ngầm và mức độ ô nhiễm
*Mục tiêu: Kiến thức
-Trình bày được hiện tượng ô nhiễm nước ngầm nhiễm sắt.
-Hs vận dụng kiến thức đã học để đưa ra các phương pháp giải quyết.
-Hs đề xuất được các cách, lựa chọn được cách giải quyết tốt nhất với hiện tượng ô nhiễm.
Kĩ năng
- Hs thao tác được các biện pháp chống ô nhiễm nước ngầm.
Thái độ
-Tăng khả năng hợp tác, trao đổi giữa học sinh các nhóm với nhau và với cả giáo viên.
- Tăng hứng thú trong việc tiếp thu kiến thức mới.
Định hướng phát triển năng lực
- Giúp HS phát triển NLGQVĐ, năng lực vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, năng lực thực hành, năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông.
* Chuẩn bị phương tiện và kế hoạch thực hiện
- Chuẩn bị các dụng cụ cần thiết để lấy mẫu nước và dụng cụ phân tích. - Các vật dụng cần thiết để thiết kế bể lọc (cát, đá, sỏi, than hoạt tính, ...) - Hs khảo sát thực tế quy trình xây dựng bể lọc tại hộ gia đình.
- Hs tiến hành thí nghiệm trên lớp theo nhóm phân công từ những vật liệu cơ bản: vỏ bình đựng nước, …..
* Kiến thức liên quan
STT STEM NỘI DUNG KIẾN THỨC
1 S(Science – Khoa học) -Tìm hiểu các thao tác và phương pháp phân tích các chỉ số có trong thành phần nước ngầm. -Lập bảng đối chiếu các số liệu phân tích với số liệu chuẩn, từ đấy đưa ra các nhận xét đánh giá. 2 T(Technology –Công nghệ) -Lựa chọn các cách phân tích nhanh, cho số liệu
chính xác.
3 E (Engineering – Kĩ thuật) - Các thao tác và kĩ thuật phân tích đảm bảo đúng quy trình và nguyên tắc.
-Lựa chọn các kĩ thuật khác nhau để có được kết quả nhanh và chuẩn xác nhất.
4 M (Math – Toán học) -Tính toán được dụng cụ cần dùng để tiến hành phân tích.
-Tính toán được lượng cần dùng để phân tích, lượng dùng đối chiếu, các dụng cụ hóa chất liên quan đến quá trình phân tích.
* Cách tiến hành thí nghiệm
- Các nhóm chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm được phân công của nhóm.
- Các nhóm lấy mẫu nguồn nước ô nhiễm, phân tích số liệu, căn cứ số liệu mẫu chuẩn để đưa ra đánh giá so sánh.
- Thiết kế hệ thống xử lý nước sắp xếp các lớp theo đúng quy định trong quá trình xử lý nước.
- Khi tiến hành các nhóm đảm bảo đúng và đẹp.
* Kết quả và giải thích
- Ô nhiễm nước là các hiện tượng các vùng nước sông, hồ, nước ngầm,… bị các hoạt động của môi trường tự nhiên và sự tác động của con người làm nhiễm các chất độc hại trong công nghiệp gây ra và nó tác động ngược lại sự sống con người.
- Sắt là một thành phần có thể hòa tan trong nước tạo thành Fe2+ , có mùi tanh rất khó chịu. Khi tiếp xúc với Oxy, Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ , có màu nâu đỏ.
- Tác hại: Nước bị nhiễm Sắt làm thực phầm biến chất, thay đổi màu sắc, mùi vị; làm giảm việc tiêu hóa và hấp thụ các loại dinh dưỡng, khiến cho quần áo bị ố vàng, tắc đường ống,….
- Biện pháp phòng chống: kể đến như bể lọc, tro bếp, hóa chất, vôi, phèn sắt, khử trùng,…
+ Phương pháp xử lý nước nhiễm sắt bằng hóa chất: Có thể sử dụng các chất oxi hóa mạnh để khử Sắt
+ Phương pháp xử lý nước nhiễm sắt bằng vôi:
Trong điều kiện có không khí: Phản ứng sắt được khử dưới dạng FeCO3
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 + 2H2O
Trong điều kiện không có không khí: Fe(OH)3 kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể và giữ lại dưới đáy bể.
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 + O2 + H2O → Fe(OH)3 + 4Ca(HCO3)2
Thí nghiệm 3: Trải nghiệm thực tế quá trình làm gốm và tìm hiểu vai trò của các loại oxit sắt
*Mục tiêu: Kiến thức
-Trình bày được quy trình làm gốm.
-Hs vận dụng kiến thức đã học để giải thích ứng dụng các loại oxit sắt sử sụng trong quá trình làm gốm.
-Hs đề xuất được các cách làm tốt nhất.
Kĩ năng
- Rẽn kĩ năng làm việc nhóm, thuyết trình, quan sát.
- Hs thao tác được các công đoạn trong quy trình làm gốm.
Thái độ
-Tăng khả năng hợp tác, trao đổi giữa học sinh các nhóm với nhau và với cả giáo viên - Tăng thái độ hứng thú trong việc tiếp thu kiến thức mới
Định hướng phát triển năng lực
- Giúp HS phát triển NLGQVĐ, năng lực vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông.
* Chuẩn bị phương tiện và kế hoạch thực hiện
- Hs nghiên cứu lý thuyết nền của quy trình làm gốm.
- Tham gia trải nghiệm thực tế tại làng nghề truyền thống về làm gốm.
- Hs sử dụng các nguyên liệu có sẵn trong các xưởng sản xuất để thực hiện theo các công đoạn.
- Hs tiến hành thao tác tại các xưởng sản xuất.
* Kiến thức liên quan
STT STEM NỘI DUNG KIẾN THỨC
1 S(Science – Khoa học) - Vận dụng kiến thức nhiều môn học, sách, tài liệu khoa học liên quan đến quá trình làm gốm.
2 T (Technology –Công nghệ) - Quy trình làm gốm.
- Oxit sắt có vai trò gì trong quy trình sản xuất gốm.
3 E (Engineering – Kĩ thuật) - Kĩ thuật nhào, nặn đất để tạo ra các khuôn hình khác nhau.
- Kĩ thuật nung, pha trộn để có sản phẩm đẹp, chất lượng cao.
4 M (Math – Toán học) - Tính toán được lượng nguyên liệu cần dùng để sản xuất từng sản phẩm khác nhau. - Tính toán được lượng các chất khi tiến hành pha trộn,
-Tính toán được thời gian để nhào nặn, nung… trong quy trình sản xuất để điều chỉnh.
* Cách tiến hành thí nghiệm
- Các nhóm tham gia vào quy trình tạo ra sản phẩm gốm theo sự phân công của giáo viên hướng dẫn.
- Thao tác theo các bước trong quy trình làm gốm: chọn và xử lý đất, tạo hình gốm sứ, trang trí hoa văn, tráng men, nung.
- Các nhóm HS thao tác theo các bước, nhóm HS ghi chép và tính toán số liệu cần thiết trong từng giai đoạn.
- Khi tiến hành các nhóm đảm bảo đúng quy trình và tạo hình đẹp.
* Kết quả và giải thích
- Quan sát sự thay đổi màu sắc các chất liệu khi thực hiện xong quy trình nung sản phẩm. HS quan sát thấy các sản phẩm có sự thay đổi màu sắc khác nhau.
- Trong ngành công nghiệp gốm, oxit sắt được xem như vật liệu quan trọng để sản xuất gốm, là chất tạo màu phổ biến nhất phụ thuộc vào môi trường lò, nhiệt độ, thời gian nung và các thành phần có trong men.
+ Với FeO (chất trợ chảy): Trong môi trường khử, Fe2O3 dễ dàng bị khử thành FeO ở 900°C
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
+ Với Fe2O3 (chất chống chảy): Ở nhiệt độ từ 700 - 900°C trong môi trường oxi hóa, Fe2O3 không bị khử và dùng để tạo màu. Màu đỏ do Fe2O3 tạo thành sẽ biến đổi từ cam sáng đến đỏ sáng rồi đỏ sậm và nâu theo điều kiện nhiệt độ tăng dần.
Thí nghiệm 4: Điều chế các loại phèn sắt
*Mục tiêu: Kiến thức
- Trình bày được các phương pháp điều chế các loại phèn sắt.
- HS vận dụng các phương pháp điều chế để đưa ra các ứng dụng cụ thể.
Kĩ năng
- Rẽn kĩ năng làm việc nhóm, thuyết trình, quan sát.
- HS lựa chọn từng loại phèn cho các ứng dụng khác nhau.
Thái độ
- Tăng khả năng hợp tác, trao đổi giữa học sinh các nhóm với nhau và với cả giáo viên
- Tăng hứng thú trong việc tiếp thu kiến thức mới
Định hướng phát triển năng lực
- Giúp HS phát triển NLGQVĐ, năng lực vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, năng lực thực hành, năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông.
* Chuẩn bị phương tiện và kế hoạch thực hiện
- HS nghiên cứu lý thuyết về các loại phèn sắt. - Chuẩn bị các dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm. - Chuẩn bị hóa chất: FeSO4, H2SO4, KMnO4 …..
- HS tiến hành thao tác trong các giờ thực hành thí nghiệm.
* Kiến thức liên quan
STT STEM NỘI DUNG KIẾN THỨC
- Tìm hiểu các vấn đề thường gặp trong cuộc sống như: ô nhiễm nước thải, …
2 T (Technology – Công nghệ) - Quy trình điều chế, công nghệ xử lý nước thải.
3 E (Engineering – Kĩ thuật) -Các thao tác trong quá trình điều chế các loại phèn đảm bảo đúng kĩ thuật.
4 M (Math – Toán học) - Tính toán được số dụng cụ và hóa chất cần thiết để điều chế các loại phèn sắt.
- Tính toán được lượng cần dùng để xử lý vấn đề ô nhiễm nước thải trong phạm vi cần thực nghiệm.
* Cách tiến hành thí nghiệm
- Các nhóm tiến hành thí nghiệm theo sự phân công của giáo viên hướng dẫn. - Cho muối sắt (II) sunfat tác dụng với KMnO4 trong môi trường axit.
- Từ sản phẩm thu được của thí nghiệm cho tác dụng với kali sunfat hoặc amoni sunfat để thu được các loại phèn khác nhau.
- Khi tiến hành các nhóm đảm bảo đúng thao tác và an toàn.
* Kết quả và giải thích
- Là muối kép của sắt (III) sunfat với muối kim loại kiềm hoặc amoni.
- Dạng tinh khiết, phèn sắt là tinh thể không màu và thường có màu tím vì có mangan tan trong nước.
- Khi cho muối sắt (II) sunfat tác dụng với KMnO4 trong môi trường axit tạo sắt (III) sunfat. sắt (III) sunfat có thể tác dụng với kali sunfat tạo phèn sắt kali hay tác dụng với amoni sunfat để tạo phèn sắt amoni
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O Tạo phèn sắt sunfat: FeSO4 + H2O → FeSO4.7H2O
Tạo phèn sắt kali: Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 24H2O → K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O Tạo phèn sắt amoni: Fe2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + 24H2O →
- Ứng dụng: với phèn sắt sunfat FeSO4.7H2O làm chất keo tụ trong xử lý nước thải khu chế xuất và hóa chất loại bỏ photphat trong nước thải, chất sử dụng trong các phản ứng oxi hóa khử, …
Thí nghiệm 5: Phân tích quá trình keo tụ và vai trò của các loại muối sắt
*Mục tiêu: Kiến thức
-Trình bày được thành phần của muối sắt và ứng dụng cho quá trình keo tụ.