آموزش دنياي مولكولي به دانش آموزان -قسمت اول

معلم همراه با جعبه جادويي وارد كلاس شد . بچه ها با ديدن جعبه كه شبيه به جعبه زيباي كادويي بود و ديدن نوشته روي جعبه كه با دست خط زيبايي روي آن نوشته بود جعبه جادويي همگي به طرف معلم خود حركت كردند . معلم جعبه را روي ميز گذاشت. و بچه ها را به سكوت تشويق كرد. از يكي بچه ها خواست در جعبه را باز كند . همه منتظر بودند و از داخل آن جعبه يك جعبه كوچكتر بيرون آورد . باز معلم از دانش آموز خواست در اين جعبه شماره 2 را باز كند باز هم يك جعبه كوچكتر از جعبه 2 بيرون آورد . باز از دانش آموز خواهش كرد در جعبه شماره 3 را باز كند . باز هم يك جعبه كوچكتر از جعبه 3 در آن وجود داشت و باز از دانش آموز خواسته شد به كار خود ادامه دهد و درب جعبه شماره 4 را باز كند دردرون جعبه يك كاغذ كوچك كه روي آن نوشته بود ‹ من آنقدر كوچك هستم كه بزرگترين آنها را فقط با ميكرو سكوپ الكتروني مي توان ديد از دانش آموز خواست ، عبارت روي كاغذ را روي تخته سياه كلاس بنويسد. معلم به بچه ها گفت: ‹ حدس بزنيد امروز مي خواهيم راجب چه مفهوم علمي با همكاري همديگر فعاليتهاي را انجام دهيم.› يكي از بچه ها گفت:‹ باكتريها ›و يكي از آخر كلاس گفت :‹ ويروس ها› و بعضي هم هنوز در اين رابطه فكر مي كردند. معلم به طرف كيف خود رفت و يك قطره چكان و يك شيشه كوچك كه در آن مايع شبيه به آب بود از كيف خود بيرون آورد. به بچه ها گفت: ‹ اين شيشه پر از آب است و من با استفاده از قطره چكان يك قطره از آن رادر اين ظرف روي ميز مي چكانم. خوب بچه ها يك قطره آب از چه تشكيل يافته است؟ همه شروع به پچ پچ كردند و يكي از بچه ها گفت : ‹ از ذرات خيلي كوچك كه ما نمي توانيم آنها را ببينيم. › معلم جواب راپذيرفت و گفت : درست است يك قطره آب از ميليارد ها مولكول ( همان ذرات ريز ) تشكيل يافته است. مولكول كوچكترين ذره هر ماده است. معلم باز از درون كيف خود يك هاون و مقداري قند بيرون آورد و يكي از بچه ها را صدا كرد و از او خواست كه تا آنجاي كه مي تواند ابتدا با دست قند ها را تكه تكه و خرد كند و بعد با استفاده از هاون اين كار را ادامه دهد. او شروع كرد به خرد كردن قند و بعد با استفاده از هاون آن را به صورت پودر نرم در آورد. بعد معلم از او پرسيد:‹ آيا پودر قند همان ملكول است ؟ › دانش آموز گفت: خير معلم گفت:چرا؟ خير دانش آمو ز گفت: زير من با چشم مي توانم پودر قند را ببينم در صورتي كه طبق نوشته روي تخته مولكولها فقط مي توان با ميكروسكوپ الكتروني ديد. معلم پاسخ دانش آموز را پذيرفت و گفت: ‹ بچه ها هر ذره كوچك پودر قند هنوز ذره اي قند خواهد بود. اگر مي توانستيم به خرد كردن ذرات قند همچنان ادامه دهيم و ذرات كوچكتري بدست آوريم سرانجام به كوچكترين ذره ممكن قند دست مي يافتيم كه كوچكترين ذره ممكن يك مولكول قند است. كه متاسفانه ما نمي توانيم با چشمان آنها را ببينيم. پس هر كدام از ذرات كوچك پودر قند خود از ميليارد ها ذره خيلي خيلي كوچكتر كه با چشم ديده نمي شود به نام مولكولهاي قند ساخته شده است. سپس معلم براي مولكول يك تعريف روي تخته نوشت:‹ مولكول كوچكترين ذره هر ماده است كه هنوز همان ماده و داراي تمام خصوصيات آن ماده مي باشد. › معلم از داخل كيفش دو پا كت كه داراي پودر سفيد بودند بيرون آورد و از يكي ، دو نفر از بچه ها خواست اين دو ماده را شناسايي كنند آنها گفتند آيا مي توانيم آنها را مزه كنيم ؟ معلم گفت: بله مي توانيد چون هر دو بي خطر هستند . البته در مورد موادي كه نمي شناسيد از حس چشايي و بويايي استفاده نكنيد . دانش آموزان محتوي هر دو پاكت را چشيدند و خندان رو به معلمشان كردند و گفتند پاكت شماره (1) شكر و پاكت شماره (2) نمك است. معلم گفت چه فرقي داشتند ؟ آخر يكي مزه اش شيرين بود و ديگري مزه اش شور بود. اگر يك قاشق از محتوي اين دو پاكت را به شما بدهم و از پشت ذره بين به آنها نگاه كنيد مي توانيد بگوييد ملكولها يا حبه ها يا ذره ها كداميك را مي بينيد لطفآ با ذره بين اين كار را انجام دهيد. انها پاسخ دادند : ما از پشت ذره بين ، ذرات نمك و شكر را مي توانيم ببينيم.معلم پرسيد: از نظر شكل چگونه اند؟ آنها گفتند: ذره هاي شكر يك شكل هستند. اندازه بسياري از آنها نيز برابر است معلم گفت: درست است اين ذره ها را بلور شكر مي نامند . در مورد نمك هم همينطور است. بعد معلم از دو دانش آموز خواست بيشتر توضيح دهند آنها كه تعريف مولكول را روي تخته ديده بودند گفتند لابد نوع مولكولهاي شكر و نمك فرق مي كند. زيرا تمام دانه هاي نمك در پاكت شماره (2) همگي از ملكولهاي يكسان نمك تشكيل شده اند و همگي مزه شور دارند. كه اين موقع معلم تكرار كرد: مولكولهاي نمك همانطور كه دوستان شما گفتند مثل يكديگرند و خواص يكسان دارند اما مولكولهاي نمك نسبت به مولكولهاي قند متفاوت مي باشند. نوع مولكولهاي اين دو پاكت با هم فرق مي كرد براي همين مزه آنها با هم فرق مي كرد. پودر زغال ، پودر قند ، پودر نمك و حتي تراشه هاي مداد تان را از پشت ذره بين مورد مشاهده قرار دهيد . همگي به اين نتيجه مي رسيد كه دانشمندان فهميده اند كه هر يك از اين ذره ها از ذره هاي كوچكتري ساخته شده اند . اين ذره هاي بسيار كوچك آنقدر كوچكند كه فقط با ميكرو سكوپ هاي خاصي مي توان آنها را ديد. دانشمندان اين ذره ها را هما نطور كه قبلا گفتم مولكول مي نامند. پس ماده از مولكولها ساخته ميشود. مولكولهاي يك ماده دقيقا مثل هم هستند اما با مولكولهاي مواد ديگر تفاوت دارند. مثلا همه مولكولهاي گچي كه در دست من است مثل هم هستند ، اما با مولكولهاي نمك و يا شكر و يا زغال كاملا فرق دارند. معلم از درون كيف خود وسايل انجام يك آزمايش ديگر ي را بيرون آورد. يك ليوان ، يك قاشق و از فلاكس آب روي ميز مقداري آب داغ را داخل ليوان ريخت و يك قاشق در داخل آن گذاشت و بعد از يك دقيقه از يكي دانش آموزان خواست لحظه اي كوتاه قاشق را با دستش لمس كند پرسيد : ‹چطور بود؟› دانش آموز جواب داد: ‹ داغ بود.› آيا مي دانيد علت چيست؟ يكي از بچه ها گفت: ‹ شايد بخاطر اينكه قاشق فلز است . مي تواني بيشتر توضيح دهيد . دانش آموز گفت:حركت مولكولهاي داغ آب و برخورد آن با قاشق باعث انتقال گرما به مولكولهاي تشكيل دهنده قاشق مي شد. و معلم در ادامه گفت: پس بعلت حركت مولكول آب قسمتي از قاشق كه بالاي آب است داغ مي شود. گرماي آب باعث حركت سريع تر مولكولها در قسمت پائين آب مي شود و در نتيجه قاشق داغ مي شود. اين مولكولها با سرعت بيشتر در حركت هستند و با مولكولهاي نزديك به خود در قسمت خارج از آب قاشق برخورد مي كنند و باعث حركت سريع تر مولكولهاي اين قسمت نيز مي شوند. بزودي اين مولكولها سريع تر در قسمت خارج از آب قاشق پراكنده مي شود و آن قسمت قاشق نيزداغ مي شود. ( ا لبته معلم با رسم شكلهاي روي تخته اين توضيحات را مي دهد.) بار ديگر معلم يك قطره چكان و يك شيشه حاوي مقداري جوهر قرمز از كيف خود بيرون مي آورد و به يكي از بچه ها مي دهد تا يك آزمايش ديگري را با كمك يكديگر انجام دهند. معلم از آنها خواست در يك ليوان آب سرد و در ليوان ديگر آب داغ بريزند و مقدار آب دو ظرف و نوع ليوانها يكسان بود و از هر دو دانش آموز خواست همزمان و آن هم فقط يك قطره از جوهر قرمز را در اين دو ليوان بريزند و با كورنومتر ( ساعت ثانيه شمار) زماني كه طول مي كشد جوهر در آب پخش شوند. مشخص كنند. و از همه دانش آموزان خواست كه حركت مولكولهاي جوهر در بين مولكولهاي آب را تعغيب كنند. همه مشاهده كردند كه مولكولهاي جوهر در سراسر دو ليوان پراكنده مي شوند. و معلم از آنها پرسيد: در كدام ليوان حركت و سرعت پراكنده شدن جوهر بيشتر بود و زمان كمتري لازم داشت؟ بچه ها گفتند: مولكولهاي آب داغ از آب سرد سريع تر حركت مي كنند و جوهر را با سرعت بيشتري پراكنده مي سازند. معلم بار ديگر يك شيشه عطر از كيف خود در آورد و پرسيد محتوي شيشه عطر به چه حالتي است؟ همه گفتند: ‹ مايع › از بين دانش اموزان يك نفر داوطلب براي انجام اين آزمايش مي خواهم همگي دستها را بالا بردند و معلم يكي از بچه ها را صدا كرد. از او خواست مقداري از عطر را روي پنبه بريزد و در انتهاي كلاس بگذارد. و از بچه ها خواست اولين كسي كه بوي عطر را احساس كرد دستش را بالا ببرد و همينطور بقيه بچه ها و.. بعد معلم متذكر شد كه عطر تبخير مي شود و بوي گاز كه حالت گازي ا ست و طول اطاق را طي مي كنند . › معلم با صداي بلند از بچه ها پرسيد: ‹ از اين سه آزمايش چه نتيجه اي مي گيريد؟ › يكي از وسط كلاس گفت: ‹ نتيجه مي گيريم كه مولكولهاي مواد مختلف پيوسته در حال حركت سريع و با ساير مولكولها ي ديگر برخورد مي كنند و پس از برگشت در جهات مختلفند . معلم در ادامه پاسخ دانش آموز گفت: اگر زنگ مدرسه بزنند شما چكار مي كنيد؟ همگي در حياط مدرسه مي رويم و آزادانه به هر طرف كه دلمان بخواهد حركت مي كنيم و در همه جاي حياط پراكنده مي شويم بنابر اين گاز شكل و يا اندازه ثابتي ندارد در گاز ها مولكولها خيلي سريع حركت مي كنند و از هم فاصله زيادي دارند. گاز مثل شما كه در حياط مدرسه پراكنده مي شويد در تمام فضاي اتاق يا ظرف پراكنده مي شوند و اگر گازي را مثل هوا در يك ظرفي مثل بادكنك وارد كنيد چون فضاي بادكنك كوچك است مولكولهاي گاز درون آن به هم نزديك مي شوند مثل آن موقعي كه شما از حياط مدرسه وارد كلاس مي شويد فضاي كلاس كوچكتر از فضاي حياط است و در كلاس شما به هم نزديكتر مي شويد . فضاي بين شما كمتر مي شود. اگر سر بادكنك را باز كنيد تمام مولكولهاي گاز در هوا و محيط بزرگتر پراكنده مي شود . ( در آزمايش سوم مربوط به عطر مولكولها داراي سه نوع حركت دوراني يا چرخشي ، انتقالي و نوساني هستند. ) اگر من مدت كوتاهي از كلاس بيرون بروم براي شما چه اتفاقي مي افتد ؟ آيا همه ساكت در جاي خود بدون حركت مي نشينيد؟ يكي از بچه ها گفت: خير ما آزادانه دور از چشم شما به اين طرف و آن طرف مي رويم. ممكن است به آخر كلاس يا وسط كلاس برويم و با دوستانمان صحبت كنيم پس مولكولهاي هر مايع همين طور قرار گرفته اند . مي توانند تا حدودي به اطراف حركت كنند. چون نمي توانند ظرف را ترك كنند مايع اندازه ثابتي دارد و لي شكل ظرفي پيدا مي كند كه در آن قرار گرفته است. در مايعات مولكولها خيلي كند حركت مي كنند و به هم نزديكتر هستند( داراي حركت نوساني و انتقالي هستند) اگرمن معلم شما در كلاس يك چيز جالب مثل عكس به نشا ن بدهم همگي ساكت مي شويد و در كنار هم روي صندليهايتان مي مانيد. و زياد به اين طرف و آن طرف نمي رويد. و ممكن است شما روي صندلي خود به اين طرف و آن طرف فقط كمي بچرخيد ولي از جاي خود بلند نمي شويد پس مولكولهاي ماده جامدهمينطور قرار گرفته اند. آنها به هم نزديك اند و آزادانه به اطراف نمي توانند حركت كنند فقط در جاي خود مي لرزند بنابر اين جامدات شكل و اندازه ثابتي دارند. پس چه نتيجه مي گيريد؟ بچه ها گفتند:‹ در جامدات مولكولها خيلي كندتر حركت مي كنند ولي خيلي به هم نزديك هستند و فقط در جاهاي ثابت مي لرزند. ولي جا بجا نمي شوند› معلم:مولكولها در جامدات فقط (داراي حركت ارتعاشي يا نوساني هستند.) معلم تعدادي تصاوير بزرگ از حركت مولكولها در سه حالت ماده را روي تابلوي كلاس نصب مي كند . تا بچه ها بيشتر اين موضوع حركت مولكولها را درك كنند و بفهمند. و حتي بچه ها را به حياط مدرسه مي ببرد و از آنها مي خواهد به ايفاي نقش بپردازند و گروهي نقش مولكولهاي مايع ، گروهي نقش مولكولهاي جامد و گروه ديگري نقش مولكولهاي گاز را به نمايش بگذارندو جملاتي را در حين ايفاي نقش با صداي بلند مطرح كنند. و معلم در انجام اين تاكتيك متمركز كننده درس به آنها كمك مي كند. معلم دوباره با بچه ها به كلاس بر مي گردندو از آنها مي خواهد كه يك قطعه شيشه روي ميز قرار دهند و با قطره چكان يك يك قطره آب بچكانند. چرا آب روي شيشه مي ماند؟ بعد از دريافت پاسخ از بچه ها در اين وضعيت معلم مي تواند خاطر نشان سازد كه به علت جاذبه مولكولي كه مولكولهاي آب دارند قطره آب روي شيشه باقي مي ماند . در حالي كه به خاطر خاصيت چسبندگي بين مولكولهاي آب به مولكولهاي شيشه مي چسپد. يا از بچه ها مي خواهد روي سطح يك ظرف را با كمي پارافين چرب كنند و دو قطره آب را با فاصله روي آن بچكانند و سعي كنند كمي با تكان دادن ظرف براي اين دو قطره آب چه اتفاقي مي افتد؟ بچه ها با انجام چنين آزمايشهاي در نها يت نتيجه خواهند گرفت كه:( تمام مولكولها يكديگر را جذب مي كنند. ) بعد معلم مي تواند بگويد كه:( جاذبه اي كه مولكولهاي يك ماده نسبت به هم دارند جاذبه مولكولي خوانده مي شودو اين جاذبه مولكولي اين امكان را براي مولكولها فراهم مي سازد كه به هم نزديك شوند و سه حالت فيزيكي ماده را تشكيل دهند.) و اين مطلب را روي تخته مي نويسد. معلم سعي مي كنند با ترتيب دادن چند آزمايش جذاب در اين مورد به دانش آموزان ياد دهد كه در يك جسم جامد ، جاذبه بين مولكولها خيلي قوي است . در نتيجه ماده جامد شكل خود را حفظ مي كند. و از آنها مي خواهد يك قطعه چوب و يك كاغذ را مقايسه كنند كدام را راحتر مي توانند با نيروي دست خود پاره و تكه تكه كنند؟ نخ پنبه اي راحتر پاره مي شود يا نخ نايلوني ؟ اين موضوع مي تواند به آنها بفهماند كه جاذبه بين مولكولهاي همه مواد جامد يك اندازه نيست. كره و نمك كدام را گرم كنيم زودتر ذوب مي شود و به حالت مايع تبديل مي شود؟ مقايسه يخ ، كره و قند (هر سه به حالت جامد اند) و... در يك جسم مايع ، جاذبه بين مولكولها بسيار ضعيف تر (از جامدات) است و اگر چه مولكولها همچنان به همديگر مي چسبند اما شكل خود را حفظ نمي كنند و به شكل ظرف در مي آيد. معلم مي تواند از بچه ها بخواهد سه مايع مانند آب ، روغن مايع ، الكل را از اين جهت با هم مقايسه كنند. تا به اين نتيجه برسند كه در دسته مايعات هم جاذبه بين مولكولهاي مايعات مختلف به يك اندازه نيست. مثلا معلم با وارونه كرد شيشه عسل و شيشه مايع روغن و شيشه آب مي تواند به آنها بفهماند كه جاذبه بين مولكولهاي مواد مايع مختلف ، متفاوت و يكسان نيست. يا مقايسه الكل و آب از لحاظ بخار شدن و تبديل شدن به گاز ( بخار شدن) و... در گاز ها عملا هيچ جاذبه اي بين مولكولها وجود ندارد . بنابر اين مولكولها از همديگر دور مي شوند و به اين طريق گاز در سراسر ظرف خود پخش مي شود. معلم مي تواند از بچه ها بخواهد پياز و عطر را استفاده كنند . و ببينند كداميك زودتر در فضاي اتاق پراكنده مي شود. از بچه ها بپرسيد چرا كتابي كه آن را مي خوانيد از هم نمي پاشد؟ چرا جدا كردن دو شيشه تميز و يك اندازه از يكديگر سخت است؟ راستي چه چيزي از پخش شدن مولكولهاي اجسام مختلف جلوگيري مي كند؟ معلم مي تواند با مطرح كردن چنين سوالاتي و دريافت پاسخ از دانش آموزان اين مفهوم علمي را به آنها آموزش دهد كه : ‹ مولكولهاي هر ماده به سوي يكديگر كشيده مي شوند و يكديگر را جذب مي كنند. › و انجام آزمايش ريختن چند قطره روغن در روي سطح آب و نزديك شدن قطره هاي روغن به يكديگر و يا آزمايش ريختن دو قطره آب روي كاغذ روغني بچه ها به اين نتيجه خواهند رسيد كه خاصيت جاذبه مولكولي از متلاشي شدن اجسام جلوگيري مي كند. چرا رنگ به روي ديوار و چوب مي چسبد؟ چرا نوشته شما با مداد راحتر از كاغذ پاك مي شود تا خودكار؟ خاصيت چسبندگي به دو جسم امكان مي دهد كه به يكديگر بچسبند. چرا مي توانيد با گچ روي تخته سياه بنويسيد؟ به علت جاذبه مولكولهاي مواد مختلف نسبت به هم رنگ به ديوار يا چوب و يا گچ به تخته و.. مي چسبد. به سبب اين خاصيت آب هم به ساير مواد مي چسبد و آنها را مرطوب مي سازد