PoznÁvacÍ blok „Papier a teplo“
Popis aktivít

Varenie vody v papierovom pohári – akcia, opisovanie, mapovanie, modelovanie

Pomôcky: Papiere rôznych druhov, spojovací materiál: kancelárske spinky, papierová lepiaca páska a pod., nožničky, pracovné listy / ppt prezentácia – návody na skladanie pohárov a škatuliek z papiera; sviečky, zápalky, liehový kahan, elektrická platnička na varenie, kovové podložky, stojany, držiaky, chemické kliešte / peány

Časová náročnosť: 60 minút

Metodika: V tematickom bloku „Papier a teplo“ plní tvorivo-objavná dielňa „Varenie vody v papierovom pohári“ ako celok funkciu prvých štyroch krokov Cyklu učenia:


Kľúčový prípad: Papierový pohár

Akcia: Výroba papierových pohárov

Paralelné prípady: papierové poháre rôznych konštrukcií, z rôznych papierov

Opisovanie: Testovanie papierových pohárov – Ako dlho udržia vodu, dá sa z nich piť?

Mapovanie: Tvorba hypotéz – Možno zohrievať vodu v papierovej nádobe? Ako? Za akých podmienok?

Modelovanie: Zohrievanie vody v papierovom pohári.


Úvodná časť tvorivo-objavnej dielne nadväzuje na poznávací blok „Papier a kvapaliny“.

Prvou akciou je vytvorenie ľubovoľnej nádoby z papiera, v ktorej je možné uchovávať vodu a z ktorej je možné vodu piť. Úlohu riešia žiaci samostatne. Žiaci nemusia poznať spôsob, ako vyrobiť z papiera „pohár“ alebo inú „nádobu“ – riešia úlohu tvorivo. Žiaci majú k dispozícii rôzne druhy papiera. Aby bolo možné jednotlivé poháre porovnávať, podmienkou je, že každá „nádoba“ je vyrobená z papiera veľkosti formátu A4. Ak žiaci nevedia vytvoriť žiadne čisto papierové „nádoby“, môžu pri ich výrobe použiť spojovací materiál – napríklad kancelárske spinky alebo papierové lepiace pásky. Spojovací materiál môže byť použitý výlučne nad hladinou vody v papierovej nádobe.

Žiaci sa rozdelia do 3- až 4-členných skupín. Počas opisovania si žiaci v skupinách navzájom testujú svoje papierové „nádoby“. Ako dlho sa udrží voda v nádobe? Po akom čase cez ňu presiakne prvá kvapka? Dá sa z nádoby piť bez obliatia sa? Dá sa z nádoby piť opakovane? Žiaci pritom opisujú, ako svoju nádobu vytvorili, opisujú jej vlastnosti v kontakte s vodou – Z koľkých vrstiev sa skladá nádoba? Kam všade sa dostala voda? Keď je v nádobe voda, mení sa vplyvom tlaku vody tvar nádoby? Ako je potrebné nádobu chytiť, aby sa nedeformovala a voda z nej nevytiekla?
Následne si môžu vyrobiť a odskúšať papierové nádoby vytvorené podľa návodu prezentovaného formou ppt prezentácie alebo pracovných listov pre žiakov [1, 2].
V rámci mapovania žiaci v skupinách tvoria hypotézy, či a za akých podmienok je možné zohrievať vodu v papierovej nádobe.

Modelovanie spočíva v priamej realizácii zohrievania vody v papierových nádobách za kontrolovaných podmienok. Každá skupina si vyberie jeden pohár, ktorý považuje za najvhodnejší na zohrievanie vody a určí zdroj tepla, pomocou ktorého chce vodu v pohári zohrievať (nad plameňom sviečky, nad plameňom kahana, na platničke elektrického variča).
Aby bolo možné výsledky skupín porovnávať, všetky skupiny zohrievajú rovnaké množstvo vody.
Na zohrievanie vody je vhodné použiť malé množstvo vody (postačuje 5 ml). Takéto množstvo zovrie nad liehovým kahanom/na elektrickej platni za niekoľko minút a papier sa nestihne rozmočiť. Vzhľadom na dobu trvania zohrievania vody (rádovo niekoľko minút) je vhodné použiť papier, ktorý sa rýchlo nerozmočí. Ak sú časti papiera, ktoré sú v priamom kontakte s plameňa/platničkou, úplne suché (pri viacvrstvových pohároch) môžu obhorieť.
Pri použití liehového kahana voda zovrie alebo takmer zovrie vo všetkých nádobách zhotovených podľa návodov [1, 2, 3]. Pri použití elektrickej platničky na varenie voda zovrie alebo takmer zovrie vo všetkých nádobách podľa návodov [1, 2, 3], vďaka veľkej styčnej ploche „nádoby“ s výhrevným telesom výborne zovrie v otvorenej, hranatej papierovej škatuľke [2].
Platňa elektrického sporáku dosahuje teplotu 800 ˚C, teplota plameňa liehového kahana je viac ako 1200°C [16], teplota vznietenia papiera je 180°C (najnižšia teplota horľavého predmetu, pri ktorej sa tento zapáli pôsobením tepla okolia, nie účinkom otvoreného ohňa alebo iskry), zápalná teplota papiera je 218 – 246 °C.

Prvým abstrahovaním je formulácia poznatku získaného počas tvorivo-objavnej dielne: Voda má veľkú tepelnú kapacitu, odvádza teplo dodávané plameňom od papiera. Navyše, teplota varu vody je nižšia ako zápalná teplota papiera, preto môže voda zovrieť aj v papierovom pohári.

Čo možno oceniť: originalitu vytvorených papierových „nádob“, výrobu a testovanie papierových nádob možno formulovať ako súťaž, napríklad: jeden bod získa žiak, ktorého „nádoba“ neprepustí vodu 1 – 2 minúty, tri body získa žiak, ktorého „nádoba“ neprepustí vodu 2 – 5 minút, päť bodov získa žiak, ktorého „nádoba“ neprepustí vodu dlhšie ako 5 minút; každý člen skupiny, ktorá dokáže zohriať vodu v pohári tak, že sa v jej objeme tvoria bublinky pary, získa 5 bodov; oceniť možno kvalitu hypotéz tvorených v časti „mapovanie“

Skúsenosti: V prvej časti tvorivo-objavnej dielne sa deti počas tábora pokúšali poskladať origami poháre, lodičky, kužeľ so zahnutým špicom ako „dnom“ a rôzne prekladané papiere. Keďže ako prvá bola prezentovaná úloha vytvoriť pohár, ktorý udrží vodu, väčšina detí sa zamerala na zhotovenie viacvrstvých pohárov (aby sa rýchlo nerozmočili a udržali vodu čo najdlhšie). S použitím rôznych druhov papiera deti samovoľne neexperimentovali – používali odpadový kancelársky papier. Iné druhy papiera použili až po otázkach animátora zameraných na aplikáciu poznatkov získaných v rámci poznávania savých vlastností papiera.
V tábore nebola mapovaniu – tvorbe hypotéz, či a za akých podmienok možno zohrievať vodu v papierovom pohári, venovaná dostatočná pozornosť. Deti predpokladali, že voda sa nedá v papierovej nádobe uvariť. Niektorí tvrdili, že papier sa zapáli, niektorí tvrdili, že zohrievanie vody trvá príliš dlho a papier sa zatiaľ rozmočí. Deti navzájom nediskutovali o svojich hypotézach, neupravovali ich. Prešli priamo k experimentovaniu. Väčšina detí v tábore chcela na zohrievanie vody v papierových nádobách použiť elektrickú platničku bez ohľadu na tvar pohára. Zdôvodnili to presvedčením, že elektrická platnička má nižšiu teplotu ako plameň sviečky a teda je možné, že teplota platničky je dokonca nižšia ako zápalná teplota papiera.
Počas zohrievania vody si postupne väčšina detí uvedomila, že výhodnejšie je použiť jednovrstvové nádoby, ktoré sú zmáčané vodou - objavili význam vody pre odvádzanie tepla. Sami sformulovali poznatok, že zápalná teplota papiera je vyššia ako teplota varu vody.