Физико-химический квест "Лаборатория МиФиХа"

Методическая разработка занятия внеурочной деятельности

Физико-химический квест для летнего лагеря «Лаборатория МиФиХа»

Воробьёва Наталья Александровна, учитель физики КОГОАУ КФМЛ

Навалихина Ольга Викторовна, учитель химии КОГОАУ КФМЛ

Актуальность

Кировский физико-математический лицей уже больше десяти лет организует в июне «Лицейскую смену» в загородном лагере. Формат смены кроме спортивных, культурно-массовых и игровых мероприятий предполагает проведение учебных занятий различной направленности. Занятия по физике и химии в лагере обладают грандиозным пропедевтическим потенциалом, позволяют зарождать интерес к изучению естественных наук и развивать естественно-научную, математическую и читательскую грамотность. Если же знания школьники добывают в процессе игры, то усвоение информации происходит легко и имеет положительный эмоциональный фон.

Цель занятия – формирование познавательного интереса обучающихся к изучению физики и химии в процессе выполнения заданий квеста.

Задачи

1) образовательные:

– отработка основных физико-химический операций: взвешивание твердого вещества, отмеривание объема жидкости с помощью мерного цилиндра, растворение вещества, сборка простейшей электрической цепи;

– формирование прочных межпредметных связей физики, химии и астрономии;

2) воспитательные:

– формирование научной картины мира через раскрытие химической стороны производственных процессов;

– создание условий для формирования культуры интеллектуального труда, навыков работы в команде;

3) развивающие:

– способствование развитию читательской грамотности при поиске информации в тексте, работе по инструкции, с таблицей и рисунками;

– развитие естественно-научной и математической грамотности при решении и оформлении расчетных задач;

– развитие навыков логического мышления при выполнении заданий квеста;

– создание условий для развития креативного мышления.

Тип занятия: игровое интегрированное занятие.

Особенности занятия: квест может быть проведен не только в лагере, но и в рамках внеурочной деятельности в школе, например, на неделе естественных наук. Наши задания предназначены для обучающихся, закончивших 5 и 6 классы Кировского физико-математического лицея. Для обучающихся непрофильных учебных заведений его можно провести, например, для 6 и 7 классов. Фабула квеста одинакова для обеих параллелей, но задания отличаются по сложности в зависимости от уровня имеющихся знаний. При проведении квеста в качестве эксперта с каждой командой работал десятиклассник.

Продолжительность: 60 минут.

Реактивы и оборудование для каждой команды: коробка, периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, русский алфавит, химические стаканы на 50 и на 150 мл, емкости с поваренной солью (10 г) и ванилином (5 г), стеклянная палочка, шпатель, электронные весы на 200 г, промывалка с дистиллированной водой, лампочка накаливания (номинальное напряжение 4,8 В, сила тока 0,5 А), источник питания (4,5 В), соединительные провода (3 шт.), воздушный пластилин соответствующих цветов, цветная бумага (лист формата А4 и лист 20 × 20 см), нить хлопчатобумажная (120 см), сантиметровая лента или линейка, ручка.

Ход занятия

1. Подготовительный этап

Собирается коробка с оборудованием и реактивами на каждую команду, распечатываются задания, проводится инструктаж с экспертами – десятиклассниками.

2. Игровой этап

Ведущие зачитывают вводное слово Главного разумного существа Лицейской галактики (см. Приложение), командам представляются эксперты – десятиклассники и раздаются «сундуки» – коробки с оборудованием и реактивами.

В ходе игры эксперты оценивают выполнение командой каждого задания по пятибалльной шкале. В случае затруднения в выполнении задания эксперты могут «продать» команде подсказку за 1 балл. В случае невыполнения задания и/или грубого нарушения техники безопасности команда получает ноль баллов.

Задание 1. «Шифровка»

Зашифрована фраза «В физике – вся соль!» с помощью символов химических элементов таблицы Д. И. Менделеева. Порядковый номер химического элемента, символ которого есть в фразе, совпадает с порядковым номером соответствующей буквы русского алфавита.

Задание 2. «Приготовление раствора»

Обучающиеся и 5, и 6 класса должны приготовить раствор поваренной соли, пользуясь инструкцией, но шестиклассникам предварительно необходимо отличить соль от ванилина по запаху. Данное задание предполагает использование понятий «масса» и «объем», а также умение пользоваться приборами и оборудованием (электронные весы, мерный цилиндр).

Задание 3. «Зажигание лампочки»

Суть задания одинаковая для всех участников квеста – собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из источника питания (батарейка 4,5 В), лампы накаливания (4,8 В, 0,5 А), соединительных проводов и солевого раствора. Однако пятиклассники собирают цепь по рисунку, а шестиклассники – по тестовой инструкции.

В нашем квесте мы брали для приготовления раствора йодированную соль. При замыкании цепи участники могут пронаблюдать не только свечение электрической лампочки, но и продукты электролиза раствора. На катоде, то есть отрицательном электроде происходит восстановление водорода из воды, сопровождающееся выделение пузырьков бесцветного водорода:

2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^–

На аноде (положительном электроде) происходит окисление иодид-ионов и образование молекулярного иода, который легко обнаруживается по желто-коричневому цвету:

2I^– – 2e = I₂

Задание 4 (5 класс). «Ракетостроение»

По схеме командам необходимо собрать модель ракеты в технике оригами.

Задание 4 (6 класс). «Плотность раствора»

Это задание предполагает работу с таблицей и решение расчетной задачи по физике с оформлением.

Задание 5. «Солнечная система»

Всем командам необходимо слепить модель Солнечной системы из воздушного пластилина. Требования к командам снова отличаются: пятиклассники выполняют модель на плоскости, используя информацию из текста и иллюстрацию; шестиклассники моделируют линейную модель на нити, пользуясь табличными данными. Задание предполагает использование относительных величин (астрономическая единица), закрепляет понятие «масштаб».

3. Заключительный этап

В конце игры участникам задается вопрос: «Как вы думаете, кто же такой МиФиХ?». В ходе обсуждения приходим к выводу, что это ученый с планеты Земля (там, где творили Дмитрий Иванович Менделеев, Майкл Фарадей, Константин Эдуардович Циолковский и Александр Сергеевич Пушкин). В сферу научных интересов нашего героя, очевидно, входила Математика, Физика и Химия. Завершается игра «Напутствием» МиФиХа его потомкам.

Приложение

Вводное слово Главного разумного существа Лицейской галактики:

Дорогие однопланетцы и однопланетки! То, чего мы ждали столько космолет и космозим, наконец-то свершилось! При сортировке космического мусора системы звезды по имени Солнце были найдены следы кажется_разумной или полуразумной жизни (наши сортировщики-дешифровщики еще не определились). Что-то им уже удалось выяснить, но много больше пока остаётся скрытым под слоем космической пыли. Поэтому было принято решение создать 7 (а сколько же еще для нашей-то системы?!) команд специалистов для мозгового штурма! С каждой группой будет работать и наш самый сообразительный эксперт выпускного класса.

С помощью известного вам всем сканирующего умножающего принтера (СУП) был воссоздан в семикратном количестве объект кажется_разумной или полуразумной жизнедеятельности, условно называемый «сундук». С точностью воспроизведено всё содержимое «сундука», включая частицы инопланетной пыли, так как наши специалисты убеждены, что пылевидные частицы были помещены в объект его создателем. Наши нейролингвистические сети смогли даже расшифровать подпись этого субъекта кажется_разумной или полуразумной жизни. Его имя МиФиХ. Да-да, именно так записывается его наименование (кличка или имя?).

Мы надеемся, что вы сможете восстановить хотя бы какие-то части этой загадочной истории, найти применение тех реликвий, что посланы нам из другой системы. Трудитесь, дорогие однопланетцы и однопланетки, и да откроется вам тайна!

Задания для 5 класса

Задание 1. «Шифровка». Расшифруйте запись:

Li_TiNeFNeMgC_–

LiKAs_KSAlZn!

Ответ: ____________________________________________________________________

Задание 2 (5 класс). «Приготовление раствора». Используя инструкцию, приготовьте 100 г 5%-го раствора хлорида натрия (в рукописи МиФиХа вещество почему-то названо «поваренной солью» – здесь и далее примечания наших ведущих специалистов).

Инструкция:

1. Выберите химический стакан подходящего для Вашей задачи объема.

2. Поместите химический стакан на электронные весы, обнулите массу, нажав кнопку «Тара», с помощью шпателя всыпьте в стакан 5 г хлорида натрия.

3. С помощью мерного цилиндра отмерьте 95 мл чистого монооксида диводорода (в рукописи МиФиХа вещество именуется «дистиллированной водой»). Воду извлеките из соответствующей емкости («промывалки») путем нажатия на основной резервуар.

4. Перемешайте смесь до растворения соли с помощью стеклянной палочки.

Задание 3 (5 класс). «Зажигание лампочки». В рукописи МиФиХа наши дешифровщики обнаружили запись, которую они сочли забавной. Эксперты по полуразумной жизни полагают, что в ней скрыт юмор: «Опять перебои с питанием… – помрачнела электролампочка. – Ничего, как-нибудь выкрутимся!»

Пользуясь предложенным оборудованием (батарейка, лампочка, провода, раствор соли из задания 2) и рисунком – инструкцией, соберите электрическую цепь и зажгите лампочку. Опишите свои наблюдения.

Задание 4 (5 класс). «Ракетостроение». Убедившись в полуразумности МиФиХа, наши эксперты допустили вероятность, что это существо могло путешествовать в открытом космосе. В «сундуке» даже нашелся схематический чертеж модели объекта, который мог бы использоваться в качестве космотранспорта.

Пользуясь предложенной схемой, соберите модель ракеты, на которой МиФиХ путешествовал в открытом космосе. Возможно, путешествовал…

Задание 5 (5 класс). «Солнечная система». Модель космотранспорта МиФиХа не оставляет у наших специалистов сомнений, что интересующий нас представитель полу_разумной жизни не смог бы вырваться за границы системы звезды по имени Солнце, но у него имелись некоторые сведения об этом ограниченном фрагменте космического пространства.

Используя текст рукописи МиФиХа, создайте плоскую модель Солнечной системы, приблизительно учитывая размеры планет и их цвет.

Строение Солнечной системы

В состав солнечной системы входит восемь основных планет и пять карликовых, вращающихся приблизительно в одной плоскости. По своим физическим свойствам планеты делятся на земную группу и планеты-гиганты.

Планеты земной группы относительно небольшие и плотные, состоят из металлов и минералов. К ним относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Планеты-гиганты во много раз больше других планет, они состоят из газов и льда. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Рассмотрим планеты солнечной системы по порядку.

Меркурий. Самая близкая к Солнцу и самая маленькая планета Солнечной системы – Меркурий лишь немного больше Луны.

Атмосфера практически отсутствует. Возможно, причиной тому солнечное излучение, а может быть, небесное тело такого размера просто не в состоянии удерживать плотную газовую оболочку. Внешний вид Меркурия очень напоминает Луну. Его покрытая кратерами поверхность имеет серовато-коричневый оттенок из-за своего состава, содержащего большое количество железа. Меркурий назван по имени древнеримского бога торговли и хитрости. 

Венера. Венера – вторая планета от Солнца и ближайшая к Земле. Венеру иногда называют «близнецом» нашей планеты: её размеры и масса очень близки к земным. Атмосфера планеты на 94% состоит из углекислого газа. На Венере много вулканов, но почти нет кратеров – все метеориты сгорают в плотной атмосфере. Сера, присутствующая в облаках, отражает свет и придает Венере заметную желтую окраску.

Облака Венеры хорошо отражают солнечный свет, поэтому на земном небе планета светится ярче других. Возможно, именно поэтому древние римляне связали её с богиней красоты и любви.

Земля. Земля – третья планета от Солнца и крупнейшая в земной группе. Уникальные условия Земли позволили развиться на планете жизни. Атмосфера Земли состоит из азота (78%), кислорода (21%), углекислого и других газов (1%). Кислород и азот – необходимые вещества для строительства ДНК. Озоновый слой атмосферы поглощает солнечную радиацию. Кислород на Земле синтезируют растения из углекислого газа. Земля – единственная планета, название которой не связано с мифологией. И русское «земля», и английское «earth», и латинское «terra» обозначают почву или сушу.

Марс. Марс – четвертая планета от Солнца – меньше Земли почти в два раза.

Марс имеет два спутника – Фобос и Деймос, представляющие собой бесформенные каменные глыбы сравнительно небольших размеров. Из-за красного цвета древние римляне назвали планету именем бога войны.

Юпитер. Юпитер, самая большая из планет-гигантов, отделена от Марса поясом астероидов. Люди наблюдали его с древнейших времён и связывали с сильнейшими богами своих пантеонов. Юпитер – имя римского царя богов.

Юпитер является газовым гигантом. Коричневые и белые полосы – это облака соединений серы, которые движутся в атмосфере планеты с чудовищной скоростью. Большое красное пятно Юпитера – гигантский вихрь.

Сатурн. Шестая планета от Солнца. Сатурн в основном состоит из гелия и водорода. Следы аммиака, водяного пара, фосфина и углеводородов в атмосфере планеты придают ей жёлто-коричневый цвет.

Главная особенность Сатурна – впечатляющая система из семи колец. Считается, что эти кольца – осколки спутника, разрушенного гравитацией планеты. Знаменитые кольца Сатурна имеют похожий оттенок, но также различаются по цвету в зависимости от плотности и наличия других компонентов кроме водяного льда. Сатурн назван именем древнеримского бога времени, отца Юпитера.

Уран. Седьмая планета от Солнца. Атмосфера планеты окрашена в однородный сине-зелёный цвет. Учёные предполагают, что такой её делает метан. Ядра Урана и Нептуна предположительно состоят изо льдов, поэтому их называют «ледяными гигантами». Уран – самая холодная планета в системе. Уран назван именем древнегреческого бога неба, отца Сатурна, и продолжает «семейную» линию.

Нептун. Нептун находится так далеко, что его нельзя увидеть с Земли невооружённым глазом. Верхние слои его атмосферы состоят из водорода (80%), гелия (19%) и метана (1%). Именно обилием метана объясняется сине-голубое свечение планеты. За глубокий синий цвет планета была названа именем древнеримского бога морей*

___________________________________________________________________

* – по материалам https://externat.foxford.ru/polezno-znat/wiki-astronomiya-solnechnaya-sistema

Задания для 6 класса

Задание 1. «Шифровка». Такое же, как для 5 класса.

Задание 2. «Приготовление раствора».

2.1. В двух закрытых емкостях находятся хлорид натрия (в рукописи МиФиХа вещество почему-то названо «поваренной солью» – здесь и далее примечания наших ведущих специалистов) и ванилин (установлено, что вещество использовалось в изготовлении сладостей, например, пломбира). Определите, в какой емкости находится хлорид натрия.

Внимание! Напоминаем, в лаборатории запрещено пробовать вещества на вкус!

2.2. Используя инструкцию, приготовьте 100 г 5%-го раствора хлорида натрия.

Инструкция:

1. Выберите химический стакан подходящего для Вашей задачи объема.

2. Поместите химический стакан на электронные весы, обнулите массу, нажав кнопку «Тара», с помощью шпателя всыпьте в стакан 5 г хлорида натрия.

3. С помощью мерного цилиндра отмерьте 95 мл чистого монооксида диводорода (в рукописи МиФиХа вещество именуется «дистиллированной водой»). Воду извлеките из соответствующей емкости («промывалки») путем нажатия на основной резервуар.

4. Перемешайте смесь до растворения соли с помощью стеклянной палочки.

Задание 3. «Зажигание лампочки». В рукописи МиФиХа наши дешифровщики обнаружили фразу, в которой они опознали отсылку к литературному произведению величайшего поэта Солнечной системы:

«И днём, и ночью ток включённый

Всё ходит по цепи кругом»...»

Эксперты полагают, что это обстоятельство уже позволяет отнести хозяина «сундука» к представителям полуразумной жизни.

Пользуясь предложенным оборудованием (батарейка, лампочка, провода, раствор соли из задания 2) соберите по инструкции электрическую цепь и зажгите лампочку. Опишите свои наблюдения.

Инструкция:

Используя один провод, соедините последовательно источник тока (батарейка на 4,5 В) и лампу. Второй провод от лампы опустите в раствор соли. Третий провод от источника тока также опустите в раствор. Пронаблюдайте горение лампочки.

Задание 4. «Плотность раствора».

В этом массиве чисел явно есть некий смысл. Наши эксперты полагают, что МиФиХ обладал навыком выполнения простейших расчетов по формулам.

4.1. Пользуясь таблицей плотностей водных растворов хлорида натрия, определите плотность раствора, получившегося в задании 2.

Плотность водных растворов хлорида натрия (NaCl)

4.2. Определите массу раствора, которая помещается в бутылку объемом 500 мл. Оформите решение задачи.

Задание 5. «Солнечная система».

Модель космотранспорта МиФиХа не оставляет у наших специалистов сомнений, что интересующий нас представитель полуразумной жизни не смог бы вырваться за границы системы звезды по имени Солнце, но у него имелись некоторые сведения об этом ограниченном фрагменте космического пространства.

Используя данные таблиц, нить длиной 120 см, воздушный пластилин, создайте линейную модель Солнечной системы, на которой отразите цвета планет, их относительный размер и расстояние от Солнца.

Напутствие инопланетцам и инопланеткам!

Естествознание?.. Любите ли вы естествознание так, как люблю его я, то есть всеми силами души вашей, со всем энтузиазмом, со всем исступлением, к которому только способна пылкая молодость, жадная и страстная до впечатлений о макромире и микромире? Или, лучше сказать, можете ли вы не любить науку о всем материальном больше всего на свете, кроме блага и истины? Не есть ли она исключительно самовластный хозяин наших чувств, готовый во всякое время и при всяких обстоятельствах возбуждать и волновать их, как воздымает ураган песчаные метели в безбрежных степях Аравии?

Что же такое, спрашиваю вас, эта наука?.. О, это истинный храм мысли, при входе в который вы мгновенно отделяетесь от прочего собирания марок, освобождаетесь от эмоциональных сложностей отношений!.. Вы здесь живете не лишь своею жизнию, не страдаете своими скорбями… С наукой радуетесь вы блаженствам тепла и света, трепещете от опасностей радиоактивности и электричества… Здесь ваше холодное незнание исчезает в пламенном эфире любви к материальному миру. Но возможно ли описать все очарования естествознания? Всю его магическую силу над природой всего существующего?.. О, ступайте, ступайте в науку, живите и творите в ней, если можете!