LÆRERVEJLEDNING
Extractors er et forløb til faget kemi B på stx og htx. Du finder lærervejledningen herunder.
Ekstraktion er en ressourcekrævende proces. I Extractors undersøger eleverne, hvordan ændringer i variable påvirker ekstraktionsprocesser. Disse erfaringer bruger de til at optimere en ekstraktionsproces i en virksomhedscase.
I Extractors arbejder eleverne med følgende faglige pointer:
- Ekstraktion er en ressourcekrævende proces, der er relevant for mange hverdagsprodukter.
- Det kræver forberedelse at tilrettelægge og gennemføre et kemisk eksperiment.
- Viden om effekten af de enkelte variable er vigtig i forbindelse med tilrettelæggelse og optimering af industrielle processer.
- Spektrofotometri er en analysemetode, der kan anvendes til at bestemme koncentrationen af et farvet stof i en opløsning.
- Der kan opstå dilemmaer, hvis man både vil opfylde kundeønsker og have en bæredygtig produktion.
I tabellen kan du se, hvilke fagbegreber der er centrale i forløbets moduler. Eleverne møder fagbegreberne gennem tekstlæsning og opgaver i arbejdshæftet.
Begreber som eksperiment, hypotese, variabel, variabelkontrol, molarmasse, strukturformel og koncentration forklares ikke, da det forudsættes, at eleverne har kendskab til disse begreber fra kemi C og naturvidenskabeligt grundforløb. Forløbet er udarbejdet med henblik på at støtte eleverne i at anvende og træne fagsproget både mundtligt og skriftligt, så der bliver tale om en progression i deres tilegnelse af fagsprog.
Faglige mål og kernestof
Nedenfor kan du se, hvilket kernestof og hvilke faglige mål i kemi B, der arbejdes med i forløbet.
Faglige mål:
- Gennemføre kvalitativt og kvantitativt eksperimentelt arbejde under hensyntagen til laboratoriesikkerhed, herunder tilrettelægge simple kemiske eksperimenter
- Indsamle, efterbehandle, analysere og vurdere iagttagelser og resultater fra eksperimentelt arbejde
- Anvende fagets viden og metoder til analyse, vurdering og perspektivering i forbindelse med samfundsmæssige, teknologiske eller miljømæssige problemstillinger med kemisk indhold og til at udvikle og vurdere løsninger.
Kernestof:
- Kvalitative og kvantitative eksperimentelle metoder med fokus på spektrofotometri
- Mængdeberegninger i relation til opløsninger.
Forløbets læringsmål
I Extractors arbejdes med nedenstående læringsmål, der er udviklet med afsæt i faglige mål og kernestof i læreplanen for kemi B på stx og htx.
Målet med Extractors er, at eleverne efter forløbet kan:
- Tilrettelægge og gennemføre et eksperiment om ekstraktion
- Vurdere optimering af ekstraktionsprocesser.
Første læringsmål knytter sig til aktiviteterne i modul 1 og 2, hvor eleverne skal tilrettelægge og gennemføre et eksperiment om ekstraktion af karminsyre fra cochenillelus. I modul 3 skal eleverne bringe deres viden og erfaringer fra de indledende moduler i spil, når de skal vurdere, hvordan en industriel ekstraktionsproces kan optimeres og tilrettelægges på en måde, der lever op til specifikke kundeønsker. Evalueringen af forløbets læringsmål foregår både løbende og afslutningsvist.
FN's verdensmål
Alle undervisningsforløb fra LIFE tager udgangspunkt i FN's verdensmål. I Extractors arbejdes der med følgende verdensmål:
Mål 12: Ansvarligt forbrug og produktion.
Sikre bæredygtigt forbrug og produktionsformer
Forløbet har et overordnet fokus på at forstå og optimere den ressourcekrævende kemiske proces ekstraktion. I forløbet skal eleverne først undersøge, hvordan variable kan påvirke ekstraktionsprocesser, og derefter vurdere, hvordan dette kendskab kan bruges til at ændre og optimere ressourceforbruget i forbindelse med en ekstraktionsproces. Derudover indgår også en realistisk virksomhedscase, hvor eleverne undersøger muligheder for at optimere pektinproduktion, så de imødekommer kundeønsker om kvalitet, økonomi og ressourceforbrug.
Mundtlig eksamen
En stor del af forløbet har fokus på, at eleverne selv tilrettelægger og gennemfører et kemisk eksperiment om ekstraktion og anvender spektrofotometri til koncentrationsberegninger. Den læring, eleverne tager med fra det eksperimentelle arbejde, kan danne grundlag for et eller flere eksamensspørgsmål til kemi B, mundtlig eksamen (htx/stx). Eksamensspørgsmål kan fx have fokus på at:
- Begrunde, hvorfor det er væsentligt at overveje relevante variable ved tilrettelæggelse af et kemisk eksperiment
- Forklare, hvilke variable der var relevante for ekstraktion af karminsyre fra cochenillelus
- Forklare, hvordan spektrofotometri, absorbans og koncentrationer hænger sammen
- Forklare, hvordan kendskab til kemiske processer i laboratorieskala kan bruges til optimering af industrielle processer
- Vurdere, hvordan kemiske eksperimenter kan tilrettelægges og gennemføres
- Vurdere, om et eksperiment kan anvendes til at afprøve en hypotese.
Eleverne kan inddrage følgende eksperimentelle arbejde:
Bilag til eksamen
Alle figurer og tabeller fra Extractors må anvendes som bilag til eksamen. De skriftlige instruktioner på MY:LIFE er ikke udviklet med henblik på brug til eksamen. Hvis dele af Extractors skal indgå i eksamen, skal du supplere med den kernefaglige litteratur, som er tilgængelig på dit gymnasium.
Du kan finde pdf-versioner af forløbets tryksager herunder:
Extractors indeholder et forslag til en aflevering. Du kan vælge at anvende afleveringen i forlængelse af forløbets afsluttende evalueringsside. I afleveringen skal eleverne gruppevis gennemføre en selvevaluering af deres læring i forløbet. Selvevalueringen gennemføres som et interview og med brug af appen Capture LIFE.
Afleveringen er estimeret til ca. 1 elevtime. Du finder afleveringen her.
Didaktiske overvejelser
Elevernes selvevaluering styres af to rubrikker, som har fokus på sammenhængen mellem læringsmål, tegn på læring og graden af opnået læring. Brugen af disse rubrikker kan skærpe elevernes bevidsthed om både læringsmål og tegn på læring.
Når du skal give feedback på afleveringerne, kan du lægge mærke til, om eleverne kobler detaljer fra deres eget arbejde meningsfuldt til de forskellige grader af læring. Både formuleringerne af interviewerens spørgsmål og gruppens svar kan danne grundlag for din samlede evaluering af afleveringen.
For at få størst muligt udbytte af Extractors skal eleverne have arbejdet med følgende kernestof fra kemi C:
- Beregning af stofmængdekoncentrationer
- Kemiske bindingstyper og blandbarhed.
Spektrofotometri og Lambert-Beers lov
I Extractors bruger eleverne spektrofotometri i praksis. De behandler egne data ved hjælp af en standardkurve og Lambert-Beers lov. Det anbefales, at eleverne inden forløbet har teoretisk kendskab til princippet bag spektrofotometri og konceptet i Lambert-Beers lov. Der indgår ikke faglitteratur i forløbet, så introduktion til begreberne skal ske med lærebøger og andre relevante materialer, som er tilgængelige på din skole.
Grundlæggende sikkerhed i forbindelse med arbejde i laboratorie
I Extractors skal eleverne selv tilrettelægge og gennemføre et eksperiment. Det forudsætter, at de har et grundlæggende kendskab til laboratorie- og kemikaliesikkerhed.
I det følgende kan du få et overblik over omfanget af forberedelse til hele forløbet. Du finder mere information om din forberedelse til hvert modul i lærerguides på mappeforsider og aktivitetsforsider. I lærerguides på aktivitetsforsider finder du også en materialeliste med de materialer, der skal bruges i aktiviteten.
Den estimerede forberedelsestid for hvert modul fremgår af skemaet nedenfor.
Herudover må du forvente ekstra forberedelsestid, første gang du underviser i Extractors. Du skal blandt andet afsætte tid til at orientere dig i brugen af LIFE's digitale platform, appen Capture LIFE og de fysiske tryksager samt læse afsnittet Baggrundsviden.
Laboratorieforberedelse
I lærerguides på følgende aktivitetsforsider finder du beskrivelser af, hvordan du forbereder det eksperimentelle arbejde i laboratoriet:
- Modul 1: Ingen laboratorieforberedelse
- Modul 2: Absorbans og ekstraktion
- Modul 3: Virksomhedscase.
Du vil modtage et LIFE Kit, der indeholder flere af de materialer, du skal bruge til forløbet. Bemærk, at der er materialer, der ikke er inkluderet i LIFE Kit, som du skal sikre dig adgang til på dit gymnasie.
Her kan du se en oversigt over alle materialer i LIFE Kit:
Du kan se en detaljeret liste over alt indhold i LIFE Kit her: Materialeliste. Materialerne er engangsmaterialer og skal ikke returneres til LIFE.
Modul 2
Eleverne skal have adgang til følgende materialer og udstyr i skolens laboratorie:
- Sikkerhedsbriller
- Kitler
- Engangshandsker for at undgå kontakt med karminsyre og knuste cochenillelus
- Spektrofotometre og cuvetter
- Vejebåde og vægte med præcision på mindst 0,01g
- Tragte og filterpapir
- Engangs- og glaspipetter
- Glasudstyr som bægerglas, koniske kolber, målekolber og måleglas
Følgende udstyr og kemikalier kan være relevant, afhængig af hvilke eksperimenter dine elever har tilrettelagt:
- Opvarmnings- og nedkølingsmetoder som varmeplader, vandbade, el-kedler, bunsenbrændere og isbad
- Varmebeskyttende handsker
- Termometre
- Magnetomrører og magneter
- Mortere, pistler og spatler
- Opløsningsmidler ud over vand fx svag syre, svag base, ethanol, organisk opløsningsmiddel
- Stinkskab og/eller punktsug
Modul 3
Du kan vælge at demonstrere pektins geleringsevne for dine elever. Til det eksperiment skal du bruge følgende materialer:
- 1 bægerglas (500 mL)
- 2 bægerglas (250 mL)
- 1 bægerglas (100 mL)
- 1 vejebåd
- 1 vægt
- 1 magnetomrører med varme
- 1 termometer
- 1 glasspatel
- 200g hvidt sukker
- 5g citronsyre
- postevand (ikke demineraliseret vand)
På LIFE's digitale undervisningsplatform finder du forløbets elevhenvendte indhold. Her finder du også lærerguides til de enkelte moduler og aktiviteter, som du skal bruge til din forberedelse. Alle aktiviteter er beskrevet med tydelige trin til eleverne, baggrundsinformationer samt grafisk materiale.
Nedenfor kan du se en video, der giver en kort introduktion til LIFE's digitale platform.
Eleverne bruger appen Capture LIFE gennem hele forløbet. De bruger appen til at dokumentere og reflektere over valg og resultater. Det er ikke muligt at samskabe videoer på tværs af devices. Det anbefales derfor, at eleverne anvender appen på samme telefon igennem hele forløbet. Find en vejledning til appen herunder.
Når I er færdige med forløbet, skal du og din klasse udfylde et spørgeskema. Du finder links til spørgeskemaerne på sidste side i forløbet.
Hvis I ikke gennemfører hele forløbet, skal I stadig udfylde spørgeskemaerne. Jeres mening er vigtig for os, så vi kan forbedre vores naturfaglige undervisningsforløb.
Forløbet kan gennemføres på tre moduler a 90 min.
I moduloversigterne nedenfor kan du få et detaljeret overblik over de enkelte moduler.
Moduloversigt - modul 1
Moduloversigt - modul 2
Moduloversigt - modul 3.
Gennem forløbet arbejder eleverne gruppevis i det medfølgende arbejdshæfte. Arbejdshæftet stilladserer elevernes arbejde ved hjælp af instruktioner, korte tekster samt skrive- og tegnefelter. Arbejdshæftet kan ikke stå alene, da det skal anvendes i samspil med aktiviteterne på den digitale undervisningsplatform og i appen Capture LIFE.
Der medfølger 11 arbejdshæfter i LIFE Kit. Det svarer til 10 elevgrupper og 1 hæfte til dig selv. Det anbefales, at du indsamler og opbevarer elevernes arbejdshæfter mellem hvert modul.
I forløbet bruges der materialer, der kræver særlig håndtering, ligesom der er sikkerhedsforanstaltninger, du skal være opmærksom på. Bemærkninger om sikkerheden er altid detaljeret beskrevet i lærerguides i de enkelte aktiviteter. Der er bemærkninger om sikkerheden i følgende af forløbets aktiviteter:
Læs sikkerhedsdatabladet grundigt. Du finder det ved hjælp af QR-koden nedenfor.
I LIFE Kit indgår slik farvet med karminsyre (E120), tørrede cochenillelus og ren karminsyre. Vær opmærksom på, at det ifølge Sundhedsstyrelsen er muligt at udvikle allergi over for små rester af protein fra cochenillelus, der findes som urenheder i farvestoffet.
Der er kendskab til både mere almindelige allergiske symptomer og tilfælde af allergisk chok ved indtagelse af fødevarer farvet med E120. Da der også kan ses reaktioner i huden ved brug af kosmetik farvet med karminsyre, bør eleverne bruge handsker og vaske hænder, hvis de kommer i kontakt med den rene karminsyre eller cochenillelus.
Hvordan kan der skabes gode rammer for undersøgelsesbaseret undervisning, hvor eleverne tilrettelægger og gennemfører et kemisk eksperiment? Og hvordan kan der skabes sammenhæng fra hverdagsprodukter til kemilaboratoriet - og videre til bæredygtig produktion og optimering af kemiske processer? Læs mere nedenfor.
Forløbets aktiviteter er udviklet med udgangspunkt i 6F-modellen [Møller et al., MONA, 1, 26-44 (2020)]. 6F er en didaktisk model, der kan anvendes til at planlægge og organisere undersøgelsesbaseret naturfagsundervisning. Det er en tilgang, der tager afsæt i elevernes egne forudsætninger og undersøgelser.
Det er en væsentlig didaktisk pointe, at eleverne ikke får at vide, hvad de kan forvente af svar og observationer, inden de går i gang med deres eksperimenter. Du finder hjælp til at støtte eleverne og den undersøgelsesbaserede tilgang i lærerguides på forsiderne til de relevante aktiviteter.
6F-modellen indeholder faserne Fang, Forudsætning, Forsk, Forklar, Forlæng og Feedback. I det følgende beskrives, hvordan de seks faser afspejles i forløbet.
Forudsætning: I forløbets første aktivitet om tebrygning bliver elevernes forforståelse for ekstraktion italesat og bragt i spil.
Fang: Forløbet har til hensigt at fange elevernes interesse ved at inddrage produkter og ekstraktionsprocesser, som de kan genkende fra deres hverdag.
Forsk: Elementer af undersøgende arbejde indgår flere steder i forløbet - fx gennemfører eleverne et eksperiment, som de selv tilrettelægger.
Forklar: Forløbet lægger op til, at eleverne får mulighed for at indsamle data, dele observationer og hypoteser og forklare sammenhænge. Dette har til hensigt at forene elevernes observationer med faglige forståelser og træne anvendelsen af fagsproget.
Feedback: Det er væsentligt, at eleverne får formativ feedback på deres arbejde gennem hele forløbet. Feedbacken foregår dels gennem dine spørgsmål, dels gennem elevernes spørgsmål til hinanden. I forløbet ses løbende forslag til spørgsmål, som du kan stille eleverne for at guide dem i det undersøgende arbejde. Ligeledes indeholder arbejdshæftet opgaver, der kan stilladsere peerfeedback.
Forlæng: Efter elevernes praktiske eksperimenter med ekstraktion af karminsyre perspektiveres ekstraktionsprocessen til en virkelig, industriel proces. Eleverne introduceres for pektinproduktion og arbejder med en aktivitet, hvor deres viden om ekstraktion kommer i spil. Her skal de se ud i verden i stedet for ind i laboratoriet.
Forløbet lægger op til, at eleverne selv skal finde frem til faglige pointer og arbejde så selvstændigt som muligt i deres grupper. Dette gælder både det teoretiske og det eksperimentelle arbejde. Din rolle som lærer er i høj grad at vejlede eleverne uden at give dem svaret. Du finder inspiration til feedbackspørgsmål i lærerguides igennem forløbet.
Det anbefales, at du har LIFE's digitale undervisningsplatform åben på en fælles skærm i klasselokalet eller laboratoriet. På den måde kan du skabe en tydelig rød tråd igennem forløbet. På platformen fremgår det tydeligt, hvornår eleverne skal arbejde med forskellige modaliteter, fx video, app og arbejdshæfte.
Det anbefales desuden, at du orienterer eleverne om, hvor lang tid der er til næste fælles opsamling, så grupperne har mulighed for at tilpasse deres arbejde.
Vil du gerne vide mere om cochenillelus, ekstraktion og pektin? Og om, hvem LIFE har samarbejdet med i udviklingen af Extractors? Læs mere nedenfor.
COCHENILLELUS
Cochenillelusen, (Dactylopius coccus) er et insekt i skjoldlusfamilien, der lever på forskellige arter af figenkaktus i Latin- og Nordamerika. Hun-cochenillelusen er den primære kilde til karminsyre, der kan udgøre op til 20 % af lusens masse. Lusene bruger karminsyre til beskyttelse mod rovdyr. Selv med dette høje indhold af karminsyre skal der indsamles ca. 100.000 lus for at producere et kg farve. Dette gør det ressourcekrævende at producere karminsyre.
Historisk produktion
Karminsyre fra cochenillelus er historisk set blevet brugt til farvning af tekstiler, tegning af kort, skrift samt vægmalerier i Latinamerika. Her kender man til avl af cochenillelus fra ca. 200 før vor tidsregning. Cochenillelus var en særdeles eftertragtet vare i Europa i fra 1500-tallet til 1800-tallet og blev blandt andet brugt til at farve ikoniske beklædningsgenstande såsom de katolske kardinalers røde kapper og de britiske officerers røde jakker.
Den karakteristiske røde farve kaldes crimson på engelsk - eller karmoisinrød på dansk. Cochenillelusen var den næstmest værdifulde import fra kolonierne, kun overgået af sølv. I dag avles størstedelen af de cochenillelus, der bruges til produktion af karminsyre, i Peru og Mexico på figenkaktus (Opuntia sp.), hvor de lever af saft fra kaktussen.
Karminsyres farve
Karminsyrens farve i vandige opløsninger er pH-afhængig. Dette skyldes, at karminsyre er i stand til at afgive op til fem protoner fra molekylets carboxylgrupper, og farven afhænger således af graden af deprotonisering. Farven spænder fra orangegule i sure opløsninger over dybrød omkring neutral pH til violet i basiske opløsninger.
Karminsyre bruges i dag som tilsætningsstof i fødevarer under navnet E120. Derudover bruges karminsyre i metalkompleksfarvestoffet karmin, der anvendes til tekstilfarvning. I modsætning til karminsyre er karmin tungtopløseligt i vand.
Du kan se en video om industriel opdræt af cochenillelus her: Why Tiny Cactus Bugs In Red Food Dye Are A $35 Billion Industry
PEKTIN
Pektin er et naturligt forekommende polysakkarid, der findes i planters cellevægge og består af kæder af galakturonsyremolekyler. Pektin kan danne geler, fortykne samt fungere som stabilisator, især i frugtbaserede produkter som syltetøj, slik, saftevandskoncentrat og frugtblandinger til yoghurtproduktion. Pektin angives som E440, når det anvendes som tilsætningsstof i fødevarer.
Råvarer til pektin
Pektin fremstilles primært af restprodukter fra frugtavl, især fra produktion af juice. Skaller fra citrusfrugter som citron, appelsin og lime er de mest anvendte råvarer. Det skyldes, både at disse frugter har et højt indhold af pektin med de ønskede egenskaber, og at der findes store mængder af restprodukter fra den globale juiceproduktion.
Pektin kan ekstraheres fra alle grønne landplanter, men ved brug af restprodukter fra fx fremstilling af æblejuice og roesukker vil udbyttet være mindre, og molarmassen af det ekstraherede pektin lavere, end fra citrusfrugter.
Industriel produktion
Industriel produktion af pektin foregår ved ekstraktion i en sur, vandig opløsning. Her opnår man typisk en koncentration på op til 4 %, som yderligere opkoncentreres ved inddampning. Pektin udfældes fra den koncentrerede opløsning ved hjælp af alkohol, fx ethanol eller isopropylakohol, som efterfølgende bortdestilleres. Afslutningsvis filtreres og tørres pektinen, inden den findeles og formuleres med fx sukker til det færdige kundeprodukt i pulverform.
Du kan læse mere om pektins kemi her: Pektin – et naturligt geleringsmiddel.
Extractors er udviklet i samarbejde med virksomheden CP Kelco.
CP Kelco er en global virksomhed, der især specialiserer sig i udvikling og produktion af ingredienser til fødevarer og farmaceutiske produkter. CP Kelco producerer primært hydrocolloider og biopolymerer i form af pektin- og carrageenanprodukter, der fungerer som fortykningsmidler, stabilisatorer og emulgatorer. I samarbejdet med LIFE har CP Kelco især bidraget med ekspertviden om pektinproduktion og industrielle ekstraktionsprocesser. Særligt opgaverne og videoen i aktiviteten Virksomhedscase er udviklet i samarbejde med CP Kelco. Her får eleverne mulighed for at stifte bekendskab med en virkelig produktionsvirksomhed og arbejde med kundebeskrivelser, der er inspireret af autentiske kunder.