Strona: Szkoła Młodych Chemików / Politechnika Młodego Odkrywcy

Politechnika Rzeszowska w roku szkolnym 2018/19 przystąpiła do realizacji projektu o nazwie „Politechnika Młodych Odkrywców” współfinansowanego ze środków UE i Narodowego Centrum Badań i Rozwoju . Do udziału w projekcie zaproszono szkoły podstawowe i ponadpodstawowe, które zgodnie z zatwierdzonym regulaminem projektu będą miały możliwość zgłaszania uczniów do aktywnego uczestnictwa w programie. Celem głównym projektu jest rozwój kompetencji poprzez popularyzację nauki i stymulowanie chęci poznawania i rozwijania wiedzy technicznej w niekonwencjonalny sposób wśród dzieci i młodzieży w wieku 12-15 lat, Uczniów/Uczennic zgłoszonych szkół z terenu woj. podkarpackiego. Dzięki uczestnictwu w pokazach naukowych i ciekawych zajęciach warsztatowych, z zakresu nauk ścisłych takich jak: matematyka, fizyka, chemia (wybrane eksperymenty chemiczne), informatyka i automatyka uczniowie będą m.in. inspirowani do twórczego myślenia, rozwijania zainteresowań i pasji, a także będą mieli możliwość poznania procesu tworzenia innowacyjnych rozwiązań technicznych, mogli pokazać swoje umiejętności i zaangażowanie budując jednocześnie poczucie własnej wartości i chęci samodoskonalenia.

„Szkoła Młodych Chemików” na Wydziale Chemicznym (WCh) to cykl zajęć warsztatowych skierowany do uczniów pragnących poszerzyć wiedzę i rozwinąć swoje zainteresowania w dziedzinie chemii. Zajęcia mają za zadanie spełnienie oczekiwań uczniów związanych z poznaniem podstawowych zjawisk oraz ich zastosowaniem. Eksperymenty chemiczne są podstawową formą przekazywania wiedzy niezbędnej do zrozumienia tej dziedziny nauki, a mimo to uczniowie mają ograniczoną możliwość samodzielnego przeprowadzania eksperymentów w macierzystych szkołach.

Uczestnictwo w projekcie zapewni „Młodym Chemikom” możliwość samodzielnej pracy
w laboratorium i pozwoli na pogłębienie wiedzy, a jej przyswojenie będzie łatwiejsze dzięki bezpośredniemu zaangażowaniu uczniów.

W ramach „Szkoły Młodych Chemików” w jednej edycji projektu realizowane będą 2 bloki zajęciowe: pierwszy dla uczniów w wieku 12-13 lat - dla trzech 5-osobowych grup, przewidziano
5 tematów spotkań. Drugi blok dla uczniów w wieku 14-15 lat dla 10 grup liczących po 5 osób, przewidziano 5 tematów spotkań. Każda z grup będzie uczestniczyć w 5 spotkaniach (4 godziny każde).

Cykl zajęć warsztatowych będzie stanowił uzupełnienie wiedzy przekazywanej na lekcjach chemii realizowanych w ramach podstawy programowej w końcowym okresie ośmioletniej szkoły podstawowej lub szkoły gimnazjalnej. W ramach zajęć uczniowie będą samodzielnie przeprowadzać proste doświadczenia chemiczne w obecności prowadzącego. Tematyka zaplanowanych doświadczeń jest ściśle związana z programem nauczania, pozwala na poszerzenie wiedzy zdobytej w szkole. Samodzielne wykonywanie doświadczeń pomoże uczniom w ugruntowaniu wiedzy teoretycznej zdobytej na lekcjach chemii.

W ramach „Szkoły Młodych Chemików” realizowane będą poniższe zagadnienia:

grupa 12-13 lat

· Mieszaniny - typy mieszanin i sposoby ich rozdziału

· Podstawowe rodzaje reakcji chemicznych

· Kwasy, wodorotlenki, sole - podstawowe metody otrzymywania i właściwości

· Podstawy chemii białek, węglowodanów oraz tłuszczów

· Podstawowe procesy elektrochemiczne

grupa 13-14 lat

· Podstawy chemii ilustrowane eksperymentem

· Magia czy chemia

· Polimery wokół nas

· Właściwości fizyczne i chemiczne substancji chemicznych

· Jak powstają kolory

· Reakcje charakterystyczne białek

· Kolorowa ekstrakcja od kuchni - wodne układy dwufazowe

· Rozdzielanie barwników

· Jak rosną kryształy i rzeźby z ciepłego lodu

· Jak wyznacza się temperatury różnych przemian fazowych

Treści kształcenia modułów w „Szkole młodych chemików na WCh” - opis

Podstawowym celem zajęć realizowanych w grupie uczniów w wieku 12-13 lat jest wzbudzenie zainteresowania otaczającym ich światem oraz pokazanie w jaki sposób nauki techniczne, a w szczególności chemia, pozwalają zrozumieć uczniom otaczający ich świat i zachodzące wokół nich zjawiska. Zajęcia powinny także pomóc uczniom rozwinąć umiejętności rozwiązywania prostych zadań inżynierskich oraz zachęcić ich do dalszego rozwoju i zdobywania nowej wiedzy.

Zajęcia mają formę zajęć laboratoryjnych, warsztatowych w trakcie których, pod opieką prowadzących, uczniowie wykonują samodzielnie doświadczenia w oparciu o przygotowane instrukcje laboratoryjne. Następnie samodzielnie (lub w razie potrzeby z pomocą prowadzących zajęcia) próbują wyciągnąć wnioski z przeprowadzonych doświadczeń i na ich podstawie zrozumieć dany proces/reakcję chemiczną.

W trakcie zajęć uczniowie zapoznają się z charakterem pracy w studenckim laboratorium chemicznym i obowiązującymi w nim przepisami bezpieczeństwa. Uczniowie poznają także podstawowe przyrządy laboratoryjne i uczą się nimi poprawnie posługiwać. Dobór doświadczeń pozwala uczniom na zapoznanie się z:

· podstawowymi właściwościami fizykochemicznymi wybranych substancji oraz metodami ich pomiaru,

· podstawowymi rodzajami mieszanin oraz metodami ich rozdziału, stosowanymi w laboratoriach chemicznych,

· podstawowymi rodzajami reakcji chemicznych oraz efektami energetycznymi im towarzyszącymi,

· sposobami zapisu równań/schematów reakcji chemicznych,

· metodami otrzymywania i właściwościami prostych kwasów nieorganicznych, wodorotlenków i ich soli,

· podstawowymi właściwościami białek, węglowodanów i tłuszczów,

· podstawowymi procesami elektrochemicznymi.

W zajęciach dla uczniów w wielu 14-15 lat najistotniejszy jest eksperyment. Cechą charakterystyczną eksperymentowania jest aktywny stosunek ucznia do badanych zjawisk. Poprzez wykonywanie doświadczeń uczniowie najpełniej rozumieją zjawiska, problemy otaczającego świata, rozbudzają w sobie ciekawość poznawczą, motywację do zgłębiania wiedzy i problemu, a w konsekwencji nabywają umiejętności wykorzystywania tej wiedzy w praktyce.

Doświadczenia chemiczne zaproponowane w ramach zajęćPodstawy chemii ilustrowane eksperymentem pozwolą uczestnikom na zapoznanie z ogólnym podziałem reakcji chemicznych poprzez przeprowadzenie serii reakcji z grupy syntezy, rozkładu i wymiany (z uwzględnieniem reakcji z przesuniętym położeniem stanu równowagi). Przeprowadzone doświadczenia pozwolą na kształtowanie umiejętności poprawnej oceny zjawisk towarzyszących reakcjom chemicznym (wytrącanie osadu, postać wytrącanego osadu i jego barwa, zabarwienie lub odbarwienie roztworu oraz wydzielanie produktów gazowych), a także zanotowania spostrzeżeń na temat przebiegu danej reakcji. W drugiej części zajęć uczniowie zapoznają się ze sposobem pomiaru pH roztworu za pomocą pehametru oraz przeprowadzą pomiary za pomocą tego urządzenia
i wskaźników kwasowo-zasadowych.

Podczas zajęć Magia czy chemia zaprezentowane zostaną ciekawe zjawiska takie jak powstawanie klatratów organicznych czy działanie katalizatorów przeniesienia międzyfazowego oraz reakcje chemiczne, w których obserwuje się efektowną zmianę barwy, np. chemiczny kameleon, zegar jodowy, wstrząśnięty błękit. Uczestnicy zajęć zapoznają się z wyjaśnieniem istoty klatratów i zasadą działania wspomnianych katalizatorów, a także poznają przyczyny zmiany barwy roztworów glukozy i skrobii podczas niektórych reakcji chemicznych.

W ramach zajęć Polimery wokół nas uczniowie dowiedzą się z jakich związków chemicznych można otrzymać polimery, jakie są rodzaje reakcji chemicznych prowadzących do otrzymywania polimerów, a także jakie metody pozwalają na otrzymywania materiałów polimerowych. Uczniowie będą samodzielnie otrzymywać pianki poliuretanowe, hydrożele oraz farby. Zostaną zademonstrowane przykłady praktycznego zastosowania tych materiałów oraz przedyskutowana potrzeba recyklingu.

Celem warsztatów Właściwości fizyczne i chemiczne substancji chemicznych jest pogłębienie wiedzy na temat właściwości fizycznych i chemicznych wybranych substancji m.in. rozpuszczalności, gęstości, przewodnictwa elektrycznego. Pozyskana wiedza zostanie zastosowana w praktyce, gdyż posłuży do przeprowadzenia rozdziału mieszanin różnych składników. Uczestnicy warsztatów zapoznają się również z procesem destylacji oraz techniką miareczkowania. Ponadto podczas zajęć zaprezentowane zostaną sposoby: identyfikacji wybranych jonów w wodzie, rozróżniania cukrów prostych od wielocukrów, czy alkoholi jednohydroksylowych od wielohydroksylowych. Dodatkowo uczestnicy będą mieli możliwość wykonania efektownych eksperymentów chemicznych.

W ramach zajęć Jak powstają kolory uczniowie, na przykładzie kolorów, poznają techniki łączenia i rozdzielania mieszanin, stosowane w laboratoriach biotechnologicznych. Podczas warsztatów uczestnicy zapoznają się z podstawową nomenklaturą i wyposażeniem stosowanym w laboratoriach, a następnie samodzielnie przeprowadzą eksperymenty takie jak: rozdzielanie barwników metodą elektroforezy, łączenie roztworów różniących się gęstością i kolorem oraz immobilizację barwników w alginianie.

Celem warsztatów Reakcje charakterystyczne białek jest zapoznanie uczestnika z wiedzą na temat budowy, podziału, funkcji oraz właściwości fizycznych i chemicznych białek. Podczas zajęć laboratoryjnych uczniowie samodzielnie przeprowadzą doświadczenia pozwalające wykryć obecność białek w różnych produktach spożywczych za pomocą reakcji biuretowej i ksantoproteinowej. Przeprowadzone zostaną eksperymenty pozwalające na zaobserwowanie reakcji białek pod wpływem różnych związków chemicznych i podwyższonej temperatury. Uczestnicy wykonają także doświadczenia pozwalające odróżnić koagulację odwracalną od nieodwracalnej.

Podczas zajęć Kolorowa ekstrakcja od kuchni – wodne układy dwufazowe uczniowie zapoznają się z tajnikami procesu ekstrakcji, dzięki któremu uzyskuje się wiele cennych związków w przemyśle chemicznym, spożywczym, farmaceutycznym, metalurgii, biotechnologii i innych dziedzinach życia. Uczestnicy poznają zastosowanie ekstrakcji w życiu codziennym, a także w najnowszych rozwiązaniach naukowych prowadzących do uzyskania tak skomplikowanych związków jak przeciwciała i inne biofarmaceutyki. Uczniowie wykonają samodzielnie ekstrakcję w wodnych układach dwufazowych i będą świadkami rozdzielania się zmieniających barwę faz układów ATPS. Ponadto nauczą się podstawowych czynności podczas pracy w laboratorium chemicznym, poćwiczą umiejętności przydatne na co dzień, takie jak: praca z instrukcją, precyzja, cierpliwość, spostrzegawczość i zdobędą wiedzę przydatną w dalszej edukacji i w życiu codziennym.

Większość substancji występuje w postaci mieszanin. Rozdzielanie niektórych z nich jest procesem niestwarzającym większych problemów, inne mieszaniny wymagają bardziej zaawansowanych technik rozdzielania, a ich wybór uzależniony jest głównie od cech mieszaniny oraz właściwości wyodrębnianej substancji. W ramach zajęć Rozdzielanie barwników uczniowie dowiedzą się jak rozdziela się mieszaniny ciekłe. Poznają jedną z głównych metod rozdzielania mieszanin ciekłych, czyli chromatografię. Dowiedzą się jakie barwniki występują w roślinach zielonych, jakie są ich kolory, czym jest żel krzemionkowy i jakie są jego zastosowania. Przeprowadzą proces rozdzielania barwników roślin zielonych i nauczą się jak dobrać metodę i warunki, które pozwolą na całkowite rozdzielenie barwników.

Krystalizacja jest jedną z podstawowych technik rozdzielania i oczyszczania związków chemicznych. Zaletami metody są prostota wykonania, wysoka wydajność oraz wysoka czystość gotowego produktu. Wiele substancji chemicznych wykorzystywanych w różnych gałęziach przemysłu jest obecnie dostarczanych w postaci kryształów. WarsztatyKrystalizacja - jak rosną kryształy i rzeźby z ciepłego lodu mają na celu zapoznanie uczniów z ideą procesu krystalizacji, jego mechanizm i towarzyszącemu mu efektami. W ramach zajęć poruszone zostaną zagadnienia związane z procesem krystalizacji i jego wykorzystaniem do rozdzielania i separacji związków chemicznych. Podczas zajęć uczniowie poznają teoretyczne aspekty procesu krystalizacji oraz możliwe przemysłowe zastosowania tej techniki. Podczas warsztatów zostaną wykonane proste eksperymenty chemiczne wykonywane przez uczniów, związane
z krystalizacją związków jonowych.

Podczas zajęć Jak wyznacza się temperatury różnych przemian fazowych zostaną zaprezentowane metody analizy termicznej, którymi wyznaczyć można podstawowe temperatury przejść fazowych różnorodnych materiałów, szczególnie wykorzystywanych w życiu codziennym (tj. temperatura topnienia, krystalizacji i zeszklenia). Uczestnicy, po omówieniu przez prowadzącego wykorzystywanych w czasie zajęć technik, wykonywać będą praktycznie pomiary temperatury topnienia z wykorzystaniem następujących urządzeń: skaningowy kalorymetr różnicowy DSC, mikroskop polaryzacyjny z grzanym blatem, aparat do pomiaru temperatury topnienia Melt-Temp. Badane będą wybrane próbki materiałów organicznych, np. olejów, czekolady, stosowanych powszechnie polimerów i inne. Omówiony będzie także wpływ różnych parametrów, które mogą wpływać na przebieg przeprowadzonych analiz, a także możliwości zastosowania stosowanych technik do rozwiązywania złożonych problemów technologicznych np. w przemyśle tworzyw sztucznych, farmaceutycznym, spożywczym, elektrotechnicznym.