Coloranti Pentru Fibre Si Coloranti Alimentari Abordare Didactica Bazata pe Proiectul Transdisciplinar

INTRODUCERE

Documentele europene de politică educațională, precum Improving the Quality of Teacher Education – EC (2007) sau Raportul Directoratului General pentru Educație și Cultură, privind Implementarea planului de acțiune Educație și formare 2010- 2030, arată faptul că „un mediu educativ mai deschis necesită o nouă arhitectură școlară, inclusiv un curriculum transdisciplinar și noi competențe ale cadrelor didactice”, inclusiv adaptarea la ritmul tehnologiilor.

De asemenea strategia de postaderare 2007-2013 MECTS, „încurajează crearea, în sistemul de educație și formare, a unei culturi care să promoveze dezvoltarea competențelor, să racordeze oferta educațională la cerințele mediului socio-economic”.

De asemenea strategia „Educație și Cercetare pentru Societatea Cunoașterii” susține „centrarea curriculum-ului pe competențe, nu pe informații” adică pe „blocuri de cunoștințe, deprinderi și atitudini care optimizează rezolvarea de probleme”.

Cei patru piloni ai educației secolului XXI, cuprinși în Raportul UNESCO sunt:

1. „a învăța să știi”

2. „a învăța să faci”

3. „a învăța să fii”

4. „a învăța să trăiești împreună”.

Plecând de la aceste tendințe în educația la nivel european și național, tema propusă se dorește un model de învățare care să promoveze un învățământ de calitate, centrat pe nevoile concrete ale elevilor, pe formare de competențe, pe transferarea competețelor dobândite la diverse discipline, pe învățare diferențiată.

Această abordare transdisciplinară răspunde noii tendințe din educație, cea de educație pentru schimbare „care vizează modelarea unei personalități proactive, capabile să inițieze devenirea, să o sesizeze/întâmpine adecvat și să o domine”.

Experiența dobândită la catedră dovedește că tema „Coloranți” este destul de greu de asimilat de către elevi fără a face o legătură cu celelalte discipline.

Tema răspunde unor provocări actuale ale procesului educativ cum sunt:

Folosirea metodei proiectului ca demers eficient de învățare, printr-o învățare centrată pe competențe

Realizarea unui proces de învățare care ține cont de interesele elevilor, de nivelul de performanță

Reorganizarea cunoștințelor prin abordare transdisciplinară în scopul valorificării atât a achizițiilor învățării formale cât și nonformale

Transferabilitatea competențelor cheie dobândite în cadrul diverselor materii

Dobândirea de către elevi a unor achiziții complexe, printr-o învățare diferențiată și personalizată, care să facă mai ușor transferul de la școală la piața muncii

Dezvoltarea integrată a competențelor digitale

O astfel de abordare didactică vizează ca obiective generale:

Asigurarea unității cunoașterii

Dezvoltarea complexă a personalității elevilor

Dezvoltarea capacității de investigare și de valorizare a propriei experiențe

Dezvoltare personală prin comunicare, cooperare, valorizarea propriei experiențe

Utilizarea tehnologiei informației și a comunicațiilor în realizarea de proiecte

Rezolvarea de probleme și situații problemă folosind competențe transdisciplinare

Dezvoltarea spiritului inovator, antreprenorial

Tema „Coloranți pentru fibre și coloranți alimentari – abordare didactică bazată pe proiectul transdisciplinar” vizează conținuturi abordabile atât din punct de vedere științific cât și umanist cu detalieri aduse într-o perspectivă integrată realizată prin specializările cadrului didactic care a propus proiectul cât și prin colaborare cu alte discipline.

Învățarea în secolul XXI trebuie să fie bazată pe formarea de competențe cheie. În această viziune cunoștințele școlare sunt „instrumente pentru a gândi și a acționa”, așa cum afirmă Philipe Perrenoud.

Învățarea prin proiectul transdisciplinar vizează competențe transversale care să faciliteze transferul cunoștințelor, competențelor de la o disciplină la alta, din cadrul activităților formale, în activitățile non formale și informale. Toate acestea vor aduce un plus de valoare, punând în evidență acel terț inclus, permițând formarea unei personalități complexe.

Aceste argumente, prezentate în câteva rânduri, evidențiază faptul că tema propusă este în trendul educației europene și că o astfel de abordare va transforma o temă puțin agreată de elevi, într-un proiect memorabil.

CAPITOLUL I: COLORANȚI

I.1.CULOAREA

Lumina este una din formele sub care se prezintă materia în mișcare. Ea este o formă de energie radiantă, numită radiație electromagnetică. Maxwell (1831-1879) a definit lumina ca fiind o undă electromagnetică ce se propagă cu viteza de 300.000 Km / secundă.

Radiațiile electromagnetice se caracterizează prin frecvență ν (numărul de vibrații pe secundă), prin lungime de undă λ (distanța dintre două vibrații succesive) și prin intensitate sau amplitudine, care este asociată percepției umane de strălucire a culorii.

Fig. 1. Unda de lumină

Culoarea este acea proprietate a luminii determinată de lungimea sa de undă (care îi definește parametrii de cromaticitate, percepuți de om drept culoare) și de intensitatea sa(care îi definește parametrul luminanță, perceput de om ca strălucire a culorii).

Spectrul vizibil este acea parte a radiațiilor electromagnetice capabile să impresioneze retina ochiului. Acest domeniu al luminii vizibile pentru ochiul omenesc este cuprins între 400 și 800 nm. Radiațiile luminoase cuprinse în acest domeniu poartă numele de lumină albă. Lumina albă este deci alcătuită dintr-o infinitate de radiații luminoase diferite, cu lungimi de undă cuprinse în spectrul vizibil. Ea este compusă din toate culorile spectrului vizibil și deci se poate descompune în toate componentele sale, culorile curcubeului.

Fig. 2 Lungimile de undă din spectrul vizibil

Așa cum se poate observa în figura 2, culoarea violet (corespunzătoare celei mai scurte lungimi de undă vizibilă) se află la o extremitate a spectrului vizibil, iar la cealaltă extremitate se află culoarea roșu (cea mai lungă lungime de undă vizibilă). În funcție de lungimea lor de undă, ordinea culorilor spectrului vizibil este următoarea: violet-albastru-verde-galben-orange și roșu.

Concluzionând putem defini culoarea ca proprietatea substanțelor de a absorbi și de a reflecta culorile fundamentale componente ale luminii albe.  

I.2.PERCEPȚIA CULORII

Pentru a înțelege mai bine taina culorilor în natură, trebuie să aflăm cum vedem, adică să descifrăm procesele care au loc la nivelul organului vizual al omului.

Senzația de culoare este senzația vizuală produsă de lumina care atinge retina. Ea este determinată de variația sensibilității sistemului vizual la mediul înconjurător.

Crearea senzației de culoare implică lumina emisă de către o sursă către obiectul de vizualizat, care reflectă o parte din această lumină pe direcția ochiului uman, iar acesta transmite creierului stimulii interpretați drept culoare.

Fig. 3 Crearea senzației de culoare

Senzația de culoare este determinată de următorii factori:

proprietățile fizice ale luminii și caracteristicile surselor care-o generează;

proprietățile optice ale materialelor care formează obiectele luminate;

construcția fiziologică a ochiului și psihologia creierului uman.”

I.2.1. PERCEPȚIA VIZUALĂ A CULORII

„Funcția vizuală se realizează în două trepte, la care participă un sistem complex numit analizator optic și care este compus din receptorul senzorial, ochiul, și o anumită zonă din scoarța cerebrală dispusă în lobul occipital. În prima treaptă a funcției vizuale se produce transformarea energiei luminoase într-un proces nervos, adică are loc excitația luminoasă. Acest proces are loc la nivelul retinei ochiului”. În a doua etapă, „excitația luminoasă este transmisă segmentului corespunzător din scoarța cerebrală, datorită căreia excitația luminoasă se transformă în senzație luminoasă care este apoi integrată în procesul complex al cunoașterii”.

Prin intermediul funcției vizuale se realizează perceperea luminii, perceperea formelor și perceperea culorii.

La nivelul ochiului, irisul reglează cantitatea de lumină care pătrunde prin pupile, către retină. Pupilele focalizează lumina către retină, în funcție de lungimea sa de undă.

Retina este o membrană transparentă de culoare roz, care căptușește interiorul globului ocular și care este totodată o continuare a nervului optic. Retina conține un număr foarte mare de celule vizuale sensibile. Acești receptori sensibili la lumină sunt, în funcție de structura tipologică și chimică, de două feluri: celule cu conuri și celule cu bastonașe. Aceste celule transformă lumina în impulsuri nervoase care creează senzația de culoare in creierul uman.

Celulele cu bastonașe sunt sensibile la intensități slabe de lumină, conțin substanțe care absorb lumina și au timp redus de răspuns la stimulii luminoși. Din aceste motive, celulele cu bastonașe sunt utilizate în vederea crepusculară, ele nu diferențiază forma și culoarea, ci dau numai senzația de lumină sau întuneric.

Celulele cu conuri sunt sensibile la lungimi de undă pe care creierul le interpretează drept culori, sunt sensibile la intensități ridicate de lumină. „Pentru excitarea celulelor cu conuri este necesară o intensitate luminoasă de 200 de ori mai mare decât pentru bastonașe și deci ele sunt sensibile la vederea diurnă (vedere fotoptică) și diferențiază forma și culoarea”. Celulele cu conuri conțin pigmenți care contribuie la crearea senzației de culoare și au timp de răspuns rapid la stimulii luminoși.

Percepția culorii la nivelul creierului este deci rezultatul stimulării receptorilor din retină, este afectată de lumina mediului înconjurător și de adaptarea ochiului la această lumină.

I.2.2. CHIMIA PERCEPȚIEI CULORII

Perceperea senzației luminoase se bazează pe o reacție chimică produsă sub acțiunea luminii. Celulele vizuale conțin substanțe fotochimice, complexe, care suferă numeroase transformări sub acțiunea luminii.

Celulele cu bastonașe conțin o substanță fotochimică numită rodopsina. Rodopsina este un pigment roșu, care a fost descoperit în 1851 de către H.Muller, iar rolul ei a fost stabilit de către H. Boll în 1876.

Celulele cu conuri conțin o substanță fotochimică numită iodopsină. Ambele substanțe fotochimice fac parte din grupa proteidelor, având aceeași grupare prostetică, dar deosebindu-se după componenta proteinică. Componenta proteinică din rodopsină se numește opsină, iar componenta proteinică din iodopsină este fotopsina. În ambele substanțe fotochimice componenta prostetică este din clasa carotenoidelor.

Rodopsina este o cromolipoproteidă, care sub acțiunea radiației luminoase se descompune reversibil și se decolorează. Prin descompunere se formează opsină și retinal (o aldehidă), care se transformă imediat, printr-un proces redox catalizat de sistemul enzimatic retinal- reductază, în vitamina A (retinol). Procesul de descompunere are loc cu eliberare de energie, energie care provoacă un biocurent care transformă stimulul luminos în senzație luminoasă. La întuneric se regenerează rodopsina prin recombinarea opsinei cu vitamina A. Acest proces de regenerare se produce fără consum de energie. Cantitatea de vitamina A necesară pentru regenerarea rodopsinei se ia din celulele epiteliului pigmentar. Carența de vitamină A duce la o reducere a sensibilității la lumină.

În celulele cu conuri, au loc procese similare celor din celulele cu bastonașe, cu deosebirea că „viteza de descompunere a substanței fotochimice – iodopsina- este de 25 de ori mai lentă ca în bastonașe, dar în schimb regenerarea este mult mai rapidă, adică cam de două ori față de viteza de descompunere. Și aici vitamina A joacă un rol esențial, dar necesarul este preluat din circulația sanguină”.

Nervul optic interpretează impulsurile nervoase primite de la retină, prin intermediul receptorilor care sunt sensibili la lumină și creează la nivelul creierului senzația de culoare, percepând astfel numeroase culori.

I.2.3. PERCEPȚIA FIZICĂ A CULORII. FORMAREA IMAGINII PE RETINĂ

Pentru a înțelege cum se formează imaginea pe retină, trebuie să cunoaștem analizatorul vizual.

Globul ocular are formă sferică, iar peretele lui este format din trei tunici concentrice și din medii refringente.

Tunica externă este fibroasă și este formată posterior din sclerotică și anterior din cornee.

Sclerotica este o membrană rezistentă și impermeabilă care înfășoară ochiul, opacă, cu rol de protecție și care se continuă în partea din față cu corneea, care este o membrană transparentă, care are în structură numeroase fibre nervoase.

Tunica medie prezintă trei segmente:

Coroida este o membrană, subțire, pigmentată, neagră și vascularizată, care are rol nutritiv și de termostatare. Pigmentul negru are rol de a împiedica producerea de reflexii în interiorul ochiului.

Corpul ciliar prezintă în structura sa mușchiul ciliar și procesele ciliare. Mușchiul ciliar este format din fibre musculare netede. Procesele ciliare sunt formate din aglomerări care secretă umoarea apoasă.

Irisul este o diafragmă verticală, plasată în spatele corneei, care reprezintă o prelungire a coroidei, conține pigmentul care dă culoarea ochilor și în mijloc prezintă un orificiu numit pupilă.

Tunica internă este reprezentată de retină.

Retina este membrana fotosensibilă, atașată de coroidă. Ea prezintă două regiuni importante: pata galbenă situată în dreptul axului vizual (conține mai multe celule cu conuri decât bastonașe) și pata oarbă, aflată medial și inferior de pata galbenă, este locul de ieșire a nervului optic din globul ocular și de intrare a arterelor globului ocular. Pata oarbă nu conține elemente fotosensibile.

Mediile refringente sunt reprezentate de corneea transparentă, umoarea apoasă, cristalinul și corpul vitros.

Cristalinul este lentila biconvexă și reglabilă a ochiului, transparentă, situată între iris și corpul vitros, suspendată de coroidă prin trei perechi de mușchi care permit acomodarea.

Umoarea apoasă este un lichid incolor, care se formează printr-o activitate secretorie a proceselor ciliare.

Corpul vitros se găsește în interiorul ochiului, are formă sferoidală, este gelatinos și transparent, iar radiațiile trec prin el fără să sufere nicio modificare a parcursului.

Corneea, irisul și cristalinul au rol de a focaliza radiația luminoasă pe retină. Corneea are rolul de a refracta radiația incidentă pentru a forma imaginea pe retină. Lumina, după ce a fost refractată de cornee, trece prin pupilă. Pupila își modifică dimensiunile pentru a dirija radiația luminoasă, în zona centrală a cristalinului, care are proprietăți optice optime. Radiațiile luminoase focalizate în cristalin, ajung pe retină și reproduc forma sursei luminoase, însă inversată. Această informație este transmisă la centrul optic din creier, unde este prelucrată, transformată, înregistrată și înmagazinată sub formă de imagine văzută.

Dacă imaginea nu se formează pe retină, ci mai aproape, apare defectul numit miopie, care se caracterizează printr-o bună vedere a obiectelor apropiate și o vedere neclară la distanță.

Dacă imaginea este focalizată în spatele retinei, apare defectul numit hipermetropie, în care imaginea este mai bună la distanță.

Datorită reducerii elasticității cristalinului, odată cu vârsta, apare defectul numit presbitism. Acest defect se aseamănă cu hipermetropia.

Dacă raza de curbură a corneei nu este uniformă, apare defectul de orientare numit astigmatism. Astigmatul vede obiectul deformat, aplatizat sau alungit pe direcția defectului, orizontal sau vertical.

I.2.4. VEDEREA ALB-NEGRU ȘI VEDEREA CROMATICĂ

Stimularea celulelor cu bastonașe produce senzația de lumină albă, iar lipsa stimulării produce senzația de negru. Stimularea celulelor cu conuri creează senzații diferențiate, în funcție de tipul de pigment pe care îl conțin. Există celule cu conuri care conțin pigmenți sensibili la culoarea roșie, celule cu conuri care conțin pigmenți sensibili la culoarea albastră și celule cu conuri care conțin pigmenți sensibili la culoarea verde.

Stimularea unei categorii de conuri provoacă senzația culorii absorbite. Dacă se stimulează în mod egal cele trei tipuri de conuri apare senzația de alb.

Prin amestecarea în diferite proporții a culorilor fundamentale: roșu, albastru,verde, omul poate percepe o multitudine de culori.

I.2.5. PERCEPȚIA FIZIOLOGICĂ A CULORII

Percepția fiziologică a culorii este determinată de particularitățile fiziologice ale indivizilor. Astfel în funcție de particularitățile fiziologice sau de afecțiunile ochiului uman, culoarea nu este percepută la fel de toți oamenii. Unii indivizi se nasc cu defecțiuni de vedere . Persoanele care nu au din naștere celule cu con corespunzătoare uneia din culorile fundamentale, văd în locul culorii respective un ton cenușiu. Cel mai frecvent lipsesc celulele cu conuri sensibile la verde sau la roșu.. De exemplu, daltoniștii nu disting culoarea roșie, ei văd verde tot ce un om normal ar vedea roșu.

I.2.6. PERCEPȚIA PSIHOLOGICĂ A CULORII

„Percepția psihologică a culorii este determinată de factorii emoționali specifici mediului social în care trăiește fiecare persoană și determină, la rândul ei, efectele socioeconomice ale culorilor”.

Din această perspectivă aceeași culoare poate crea emoții diferite, uneori chiar opuse, în funcție de factorii emoționali aflați la nivelul subconștientului social.

Astfel în unele culturi culoarea neagră este asociată cu durerea, moartea. În alte culturi, cum sunt cele orientale albul este simbolul doliului. În Africa culoarea albă este culoarea diavolului, iar culoarea violet este culoarea de doliu.

Încă din cele mai vechi timpuri omul a dat culorii putere de simbol.

Astfel civilizația asiro-babiloniană a desemnat prin șapte culori cele șapte planete cunoscute atunci. În Grecia și Roma antică culoarea purpuriu era simbolul bogăției și al puterii. La egipteni puterea era simbolizată prin combinarea a două culori: roșu și alb. Tot astfel ținând de o anumită simbolistică fiecare stat este reprezentat prin drapelul său, fiecare club are culorile lui, fiecare firmă are sigla sa într-o anumită culoare.

Culorile se armonizează și cu vârsta. Astfel, în țările Orientului Mijlociu, „toaleta feminină albă, indiferent de vârstă, reprezintă culoarea de doliu; toaleta gri este apanajul tinerelor fete, iar matroanelor le este rezervată culoarea maro, în timp ce bătrânele sau văduvele au obligația morală să se îmbrace în negru”.

Sintetizând totuși informațiile care există în literatura de specialitate putem afirma:

Culoarea neagră este apăsătoare, funebră

Culoarea albă creează impresia de puritate, eleganță, optimism

Roșu simbolizează furia, agresivitatea, pasiunea

Griul creează sentimentul tristeții, răcelii

Galbenul este cald, atractiv

Culoarea portocalie este stimulatoare

Verdele este odihnitor

Violetul este iritant

Albastrul induce o senzație de calm

La ora actuală studiile de psihologie a culorii au pus în evidență chiar și modul în care trebuie realizată o ambianță cromatică plăcută și reconfortantă. De asemenea medicina alternativă vine cu tot mai multe soluții prin aplicarea terapiilor prin cromatică.

I.3. SUBSTANȚE COLORATE. COLORANȚI

Culoarea substanțelor este dată de prezența în molecula lor a unor grupe de atomi, numite cromofori sau grupe cromofore, care absorb selectiv diferite radiații ale luminii (fiecărei grupe cromofore corespunzându-i una sau mai multe benzi de absorbție în spectrul vizibil) și le reflectă pe celelalte, care ajung la ochiul uman. Putem spune astfel că substanțele colorate au culoarea spectrului reflectat.

Când un compus absoarbe o radiație a spectrului, el are culoarea radiației complementare așa cum se poate vedea în tabelul nr.1.

Tabelul nr.1

Două culori spectrale sunt complementare, dacă amestecate dau senzația de alb. Astfel substanțele apar albe, dacă reflectă toate radiațiile spectrului vizibil sau dacă absorb două radiații complementare. Substanțele apar negre, dacă absorb toate radiațiile spectrului vizibil. Un corp apare incolor, dacă este transparent față de radiațiile spectrului vizibil. Poziția benzii de absorbție a fiecărui cromofor este influențată de existența în moleculă a altor cromofori, culoarea depinzând de structura chimică a substanței.

Substanțele care conțin în molecula lor cromofori se numesc cromogene. Substanțele cromogene sunt slab colorate și nu prezintă afinitate pentru textile.

Absorbția selectivă a luminii de către o substanță oarecare este strâns legată de prezența unui sistem de electroni π în molecula ei, care au o mare mobilitate. Când o radiație luminoasă este absorbită de o substanță oarecare, moleculele substanței își măresc energia internă. Ele trec de la un nivel de energie mai scăzut, corespunzător stării fundamentale, la unul mai ridicat, numit stare excitată. Trecerea aceasta de la starea fundamentală la starea excitată se numește tranziție, iar energia necesară se numește energie de tranziție. Energia de tranziție determină lungimea de undă a radiației absorbite.

Substanțele colorate au spectre de absorbție caracteristice în vizibil. Spectrele de absorbție au la bază tranzițiile electronice. În hidrocarburi tranzițiile electronilor σ într-o stare energetică superioară nu se produc în spectrul vizibil. Din acest motiv hidrocarburile sunt incolore. Numai radiațiile din ultravioletul îndepărtat provoacă tranziții electronice pentru electronii σ. Electronii π și electronii neparticipanți la legătură sunt mai mobili și absorb în regiunea vizibilă a spectrului trecând într-o stare excitată. Rezultă deci că substanțele colorate absorb în domeniul vizibil al spectrului, deoarece conțin grupări de atomi care posedă nesaturare, numite grupări cromofore (purtători de culoare). Substanțele colorate devin incolore prin reducere. Culoarea unei molecule care conține grupări cromofore se accentuează și dacă molecula trece în stare ionizată. Prin formarea de săruri are loc o deplasare a benzii de absorbție spre lungimi de undă mai mari și intensificarea culorii.

Pentru ca o substanță colorată să devină și colorantă (să poată colora la rândul ei), trebuie să conțină în moleculă, pe lângă grupe cromofore și alte grupări polare sau ușor polarizabile, cu efect donor sau acceptor de electroni, numite grupe auxocrome. Aceste grupe au rolul de a întări culoarea cromogenului (închizând și intensificând culoarea) și de a favoriza fixarea ei pe diferite materiale.

Coloranții conțin un sistem electronic conjugat extins, în care sunt implicate grupările auxocrome. Această conjugare modifică polaritatea grupărilor cromofore și deci modifică și poziția benzii de absorbție în vizibil și intensitatea absorbției. Grupările auxocrome determină deplasarea absorbției spre lungimi de undă mai mari.

Principalele grupe cromofore și auxocrome sunt prezentate în tabelul nr.2.

Tabelul nr.2

Pentru a asigura solubilitatea coloranților în apă, se introduc în molecula lor grupe solubilizante, cum este de exemplu grupa sulfonică (-SO3H).

De asemenea un colorant trebuie să îndeplinească anumite condiții de solubilitate, toxicitate, stabilitate la lumină, stabilitate la diverși agenți fizici sau chimici.    

Concluzionând, putem spune că un colorant este „o substanță cu schelet de hidrocarbură aromatică conținând în molecula sa grupări cromofore, datorită cărora se produce o aglomerare de electroni π, suficient de mare pentru a provoca o absorbție selectivă în spectrul vizibil, alături de grupări auxocrome menite să conserve sistemul oscilant realizat de electronii π și să-i înlesnească fixarea permanentă pe un suport oarecare”.

Un colorant este deci o substanță organică naturală sau sintetică, ce are culoare proprie și care are proprietatea de a colora substraturile pe care este aplicat, rezistând în timp la lumină, spălare, frecare.

I.3.1. CLASIFICAREA COLORANȚILOR

A. După compoziția chimică, coloranții organici de sinteză se clasifică în principalele grupe:

a) Coloranți azoici: au în molecula lor grupa azo: -N=N-. Sunt hidroxi-azo și amino-azo- derivați aromatici. Cei mai simpli reprezentanți ai acestei clase p-hidroxiazobenzenul și p-aminoazobenzenul se obțin fie prin transpoziții moleculare fie prin condensarea unor nitrozo-derivați cu amine primare aromatice. Cea mai importantă metodă de preparare a lor este reacția de cuplare a compușilor diazoici aromatici cu fenoli sau cu amine aromatice.

„Culoarea acestor compuși variază cu natura, numărul și poziția substituenților din moleculă, în special cu a grupelor hidroxil și amino”.

Din această clasă de compuși fac parte p-aminoazobenzenul (galbenul de alanină), metiloranjul, negrul de anilină, roșul de Congo, galbenul Hansa etc.

Fig. 4 p-aminoazobenzen

Fig. 5 Roșu de Congo

Metiloranjul este galben portocaliu în soluție neutră și alcalină și roșu în soluție acidă.

Fig.6 Metiloranjul în mediu acid sau bazic

Coloranții azoici prezintă foarte multe nuanțe, sunt ieftini, fiind cei mai întrebuințați coloranți sintetici.

            b) Coloranți difenilmetanici și trifenilmetanici.

Coloranții difenilmetanici conțin un schelet hidrocarbonat provenit de la difenilmetan.

Reprezentantul acestora este auramina care se obține industrial prin condensarea dimetilanilinei cu formaldehidă și amoniac. Ea este puțin rezistentă la acțiunea agenților chimici sau la lumină și, cu toate acestea, este mult utilizată la vopsirea hârtiei, a mătăsii și a pielii.

Fig.7 Auramina O

Coloranții trifenilmetanici sunt cei proveniți de la trifenilmetan. Din această clasă de coloranți fac parte fuxina, aurina, cristal-violetul, albastru de anilină, verdele-malachit, metilvioletul, fenolftaleina.

Fig. 8 Verde malachit

            Fuxina, solubilă în apă, are o culoare roșie-intensă și servește la colorări biologice în laborator, la colorarea mătăsii, lânii și bumbacului, precum și la prepararea albastrului de anilină.

Fig. 9 Fuxina

            Cristal-violetul este folosit la fabricarea cernelii, a creioanelor violete și pentru colorări biologice.

            Fenolftaleina servește ca indicator.

Fig. 10 Fenolftaleina

            Aurina servește la colorarea hârtiei. Este un colorant trifenilmetanic acid.

Fig.11 Aurina

            c) Coloranți antrachinonici sunt derivați de la antrachinonă. Din această categorie fac parte: alizarina, albastrul de alizarină, acidul carminic, roșul indantren, indantren-bordeaux B etc.

            Alizarina cristalizează în ace roșii-potocalii. Se dizolvă în alcool și eter, iar în apă este aproape insolubilă. Cu NaOH dă o soluție violetă. Cu oxidul de fier dă un lac colorat violet; cu oxidul de aluminiu un lac colorat roșu. Atât lâna cât și mătasea sunt vopsite cu alizarină cu ajutorul acestor oxizi, obținându-se culori frumoase și trainice. Alizarina este un colorant de mordansare.

Fig. 12 Alizarina

              d) Coloranții de sulf sunt amestecuri de compuși cu moleculă mare rezultate prin încălzirea unor substanțe organice (amine, nitroderivați aromatici, nitro- și nitrozofenoli etc.) cu sulf sau polisulfură de sodiu. Sunt ieftini și rezistenți la lumină și la spălat. De exemplu, negrul de sulf T este folosit la vopsirea bumbacului.  

B.După proprietățile lor tinctoriale, coloranții se clasifică în:  

a) Coloranți acizi : conțin în molecula lor una sau mai multe grupe –SO3H, datorită cărora au însușiri acide și sunt solubili în apă. Cu ei se vopsesc mătasea, fibrele poliamidice, lână. Mulți coloranți acizi aparțin coloranților azoici, trifenilmetanici și antrachinonici.

            b) Coloranți bazici : conțin grupa –NH2 și sunt utilizați fie sub forma de săruri ale acizilor: clorhidric, oxalic, acetic (când sunt solubili în apă) sau ca baze libere (insolubili în apă). Cu acești coloranți sunt vopsite: lâna, mătasea, pielea etc.

            Coloranții bazici sunt cei care pătrund ușor și se acumulează în celulele vii. Coloranții acizi pătrund mai greu și nu colorează decât țesuturile și celulele animale; în celulele vegetale nu pătrund, în afară de câteva excepții.

            c) Coloranți substantivi (direcți) sunt folosiți la vopsire fără ajutorul altor substanțe (mordanți), mecanismul vopsirii cu ei explicându-se prin formarea de legături de hidrogen. Cei mai întrebuințați coloranți substantivi aparțin clasei coloranților azoici.

            d) Coloranți de mordansare sunt produse insolubile în apă, care posedă în moleculă anumite grupări capabile să complexeze cu metale tranziționale și care nu se pot fixa pe materiale celulozice sau proteice, decât după ce în prealabil au depus pe acestea un mordant (oxid sau hidroxid metalic). Ca mordant poate fi folosit și taninul.

            La vopsirea cu mordanți, trebuie să se țină seama că aceștia pot modifica culoarea, deoarece mordantul poate reacționa cu substanța colorantă. În urma unei astfel de reacții, în interiorul fibrei se formează o sare insolubilă, numită lac; de aceea, vopseaua nu mai iese la spălat.

            e) Coloranți de cadă nu sunt solubili în apă, astfel încât pentru a fi folosiți la vopsit sunt mai întâi reduși în mediu alcalin, într-o substanță fără culoare, solubilă în apă, care se numește "leucoderivat". Soluția care conține leucoderivatul, numită "cadă", este folosită la vopsit. Țesătura se introduce în cadă, unde absoarbe leucoderivatul, apoi este scoasă din cadă și întinsă pentru a fi supusă acțiunii oxigenului din aer, care oxidează leucoderivatul trecându-l în colorantul respectiv, insolubil, care se formează chiar pe fibră.

            f) Coloranți de developare sunt aceia care iau naștere chiar pe fibră, atunci când este vopsită. Din această categorie face parte negrul de anilină, format pe fibre de bumbac în urma oxidării anilinei.

C. După proveniență, coloranții se clasifică în:

         a)Coloranți naturali

Ei fac parte din următoarele clase:

1. antociani (cianidine, pelargonidina, malvidina etc)

2. betacianele (colorantul roșu din sfeclă)

3. coloranți porfirinici (clorofila, pigmenții sângelui)

4. coloranți chalconici (curcumina)

5. coloranți antrachinonici (carminul de cosenilă care se extrage dintr-o specie de insecte)

6. coloranți flavinici (Na-riboflavin-5-fosfat)

7. carotenoide:

– hidrocarburi (β-caroten, licopina)

– alcooli (luteina, zeaxantina, criptoxantina)

– oxizi (flavoxantina, violaxantina)

– cetone (ostacina, cantaxantina, capsantina)

– acizi (bixina)

b) Colorantii sintetici:

Primul colorant sintetic a fost descoperit în 1856 de către W. Perkin, de aceea poartă numele de movul lui Perkin (moveina, purpura de anilina).

Fig. 13 Moveina

Coloranții sintetici cuprind:

1. coloranți azoici (tartrazina, amarant, galben oranj S, azorubina, negru brillant, brun HT)

2. coloranți trifenilmetanici (albastru patent V, verde brillant, albastru brillant)

3. coloranți xantenici (eritrozina)

4. coloranți din grupa chinoleinei (galben de chinoleina)

5. coloranți din grupa indigoului (indigotina)

I.4. COLORANȚI ALIMENTARI

Conform Monitorului Oficial al României prin coloranți alimentari se înțelege „orice substanțe care redau sau intensifică culoarea produselor alimentare și pot fi constituenți naturali ai produselor alimentare și/sau alte surse naturale, care în mod normal nu sunt consumați ca alimente în sine și nu sunt utilizați ca ingrediente caracteristice în alimentație; de asemenea coloranții sunt obținuți din produsele alimentare prin extracție fizică și/sau chimică conducând la o extracție selectivă a pigmenților în raport cu constituenții nutritivi sau aromatici”.

       Coloranții alimentari sunt substanțe care se adaugă în alimente pentru a realiza unul sau mai multe din următoarele efecte asupra alimentului:

a) pentru a restabili culoarea originală a alimentului, modificat ca urmare a proceselor normale care au loc pe parcursul procesării și/sau depozitării;

b) pentru a contracara variațiile de culoare generate de variațiile de culoare sezoniere ale materiilor prime folosite;

c) pentru a proteja unii constituenți valoroși ai alimentelor sensibili la acțiunea luminii (substanțe antioxidante, vitamine);

d) pentru a da alimentelor un aspect atractiv pentru consumatori;

e) pentru a conserva culoarea caracteristică a unui aliment, atunci când aceasta reprezintă un element important de identificare a cestuia;

f) pentru a se asigura un aspect vizual care să inducă aspectul calitativ normal, necesar valorificării produsului”.

Ei au și o funcție importantă de marketing, deoarece culoarea lasă impresia unei calități mai bune și stimulează apetitul.

Sunt folosiți în: dulciuri, înghețate, limonade, margarină, brânză și în diverse produse din carne.

Ei pot fi clasificați astfel:

după proveniență în naturali și sintetici,

după proprietățile tinctoriale (roșu, galben, oranj, albastru, verde,brun)

după structura chimică a grupării cromofore în: cromofori cu sisteme conjugate (cum sunt antocianii, carotenoizii, betalainele, caramelul, coloranții sintetici) și porfirine metal-dependente (mioglobina, hemoglobina, clorofila și derivații acestora)

Coloranții alimentari sunt indicați pe etichetele produselor alimentare sub numele de cod care urmează literei E. Exemple: E 104 (galben de chinolină), E 123(azorubin – roșu), E 132 (indigotin – albastru), E 140 (clorofilă – verde), E 160 a (carotină – galben), E 160 s (licopină – oranj). Acest mod de simbolizare ajută consumatorii în recunoașterea aditivilor în alimente, indiferent de limba în care este redactată, garantând astfel că aceștia fac parte din lista celor autorizați.

 I.4.1. COLORANȚI ALIMENTARI NATURALI

Coloranții alimentari naturali sunt substanțe complexe, obținute prin extracție din țesuturi vegetale și animale și concentrate prin metode speciale.

Produșii obținuți au proprietăți tinctoriale bune, fiind solubili în apă sau grăsimi.

Coloranții naturali au însă dezavantajul că nu sunt rezistenți la tratament termic și, ca atare, utilizarea lor este limitată.

I.4.1.1. CLASIFICAREA COLORANȚILOR ALIMENTARI NATURALI:

Coloranții alimentari naturali, se clasifică pe baza structurii lor în:

1) derivați tetrapirolici – conțin inelul pirolic în structuri ciclice sau liniare. Cuprind pigmenții porfirinici, cel mai important reprezentant fiind clorofila și derivații acesteia din plante, dar și mioglobina și hemoglobina cu origine animală;

2) derivați isoprenoidici – răspândiți atât în regnul vegetal cât și în cel animal, cei mai importanți din punct de vedere al utilizării în industria alimentară fiind carotenoizii;

3) compuși N-heterociclici – diferiți foarte puțin de cei tetrapirolici, cuprind șase grupuri distincte de pigmenți (purine, pterine, flavine, fenazine, fenoxazine și betalaine). Cei mai importanți sunt betalainele;

4) derivați de benzopiran – cuprind compuși heterociclici oxigenați, cei mai importanți fiind antocianinele și pigmenții flavonoizi;

5) quinone – cei mai importanți fiind benzoquinonele, naftoquinonele și antraquinonele;

6) melanine.

După originea lor, coloranții alimentari naturali pot fi:

1) de origine vegetală – antocianii, carotenoizii, betalainele, clorofila.

2) din surse microbiene – pigmenți Monascus, pigmenți din alge

3) de origine animală și insecte – hemoglobina, mioglobina, cosenila,

Coloranți alimentari de origine vegetală

FLAVONOIDE

Antocianine

Sunt substanțe care se găsesc într-un număr mare de plante, fiind responsabile de culorile frunzelor, florilor sau fructelor acestora. Cea mai importantă sursă industrială de antocianine este pielița strugurilor, dar se extrag în cantități apreciabile și din afine, coacăze, zmeură, mure,varza roșie, mere roșii, prune. Antocianinele sunt, din punct de vedere chimic, derivați glicozidici ai antocianidinelor.

Fig. 14 Antocianine

Principalele antocianidine sunt: pelargonidina, cianidina, peonidina, delfinidina, petunidina și malvidina.

Antocianinele sunt sensibile la acțiunea pH-ului alimentelor, fiind stabile la pH scăzut. De asemenea, culoarea acestora se modifică odată cu variațiile de pH. La pH scăzut (mai mic de 4) antocianinele au o culoare roșie intensă ajungând roz la pH între 4 și 6, și albastru închis la pH între 7 și 8, după care, prin creșterea pH-ului, culoarea devine verde și apoi galbenă.

Fig. 15 Variația culorii antocianinelor cu pH-ul

Antocianinele sunt solubile doar în apă și în solvenți polari și sunt sensibile la acțiunea temperaturii.

Ca urmare a acestor proprietăți antocianinele se utilizează în alimente cu pH scăzut și cu un conținut redus de grăsimi.

Se utilizează în sucurile din fructe, conservele din fructe, iaurturile cu fructe și băuturile alcoolice.

Chalcone

Sunt pigmenți solubili în apă, extrași din petale de șofran.

Se folosesc în sucuri de fructe, iaurturi.

Fig. 16 Mareina

CAROTENOIDE

Sunt un grup de substanțe colorante care se găsesc în țesuturile vegetale (morcovi, roșii, ardei), în țesuturile animale și chiar în bacterii, fungi și alge, unde îndeplinesc funcții metabolice specifice.

Se cunosc mai mult de 600 de substanțe din această categorie, caracterizate prin prezența în structură a 40 de atomi de carbon grupați în 8 unități izoprenice, la capetele cărora se leagă substituenți diferiți, care generează diversitatea structurală mare în cadrul grupului.

Spre deosebire de antocianine, carotenoidele sunt preponderent liposolubile, fiind mult mai stabile pe parcursul procesării alimentelor la variațiile de temperatură și pH, dar sunt sensibile la acțiunea luminii și a oxigenului.

Cel mai răspândit membru al grupului este beta-carotenul, prezent în cantități apreciabile în morcov și în uleiul de palmier. El poate fi obținut și prin sinteză, având compoziție chimică similară celui natural. Odată consumată, substanța este convertită în vitamina A și are calități antioxidante. Prin utilizarea cantităților diferite de caroten se obține o gamă de culori de la galben la portocaliu.

Fig. 17 ß Caroten

Se utilizează pentru colorarea margarinei, untului, brânzeturilor, pastelor, dressing-urilor, produselor de patiserie, supelor concentrate etc., cărora le conferă o culoare galbenă. Beta-carotenul este un precursor al vitaminei A și, de asemenea posedă proprietăți antioxidante, fapt care a condus la folosirea lui în alimentele funcționale.

Anatto

Este un colorant galben-portocaliu. Este extras din semințele de Bixa orellana (India, Brazilia, Mexic, Peru) și conține un amestec de bixină (liposolubilă) și norbixină.

Fig. 18 Anatto

Bixina se folosește pentru colorarea margarinei, brânzeturilor, cremelor, produselor de panificație. Norbixina se folosește pentru colorarea peștelui afumat, brânzeturilor, produselor de panificație, dulciurilor, produselor din carne, snacksurilor.

Șofran

Este un colorant galben portocaliu, extras din flori de Crocus sativus. Conține în principal doi compuși: crocin (hidrosolubil) și crocetin (liposolubil). Mai contine β-caroten, zeaxantină, aromatizanți (picrocrocin, safranal).

Fig. 19 Șofran

Șofranul este o plantă cu florile albastre-violacee. Din șofran se extrag uleiuri eterice și alte substanțe care sunt folosite drept condiment și colorant alimentar. El este folosit și în cosmetică la obținerea unor rujuri. Practic, șofranul este mirodenia cea mai scumpă din lume: din 200 de flori uscate se obține de-abia un gram de șofran (staminele florii). Se folosește în curry, supe, carne.

Licopen

Fig. 20 Licopen

Este colorantul natural roșu care se găsește în roșii. Principalele surse de licopen sunt prezentate în tabelul următor.

Tabelul nr.3

Acest colorant este utilizat pentru băuturi, prăjituri, dulciuri fierte.

BETALAINE

Betalainele cuprind două grupuri mari de pigmenți betacianinele – de culoare roșie și betaxantinele de culoare galbenă. Cea mai importantă sursă naturală de betacianine este sfecla roșie, iar de betaxantine este sfecla albă.

Fig. 21 Betanina

Sunt pigmenți sensibili la variațiile de pH, temperatură, la acțiunea luminii și a oxigenului. Datorită sensibilității lor, betalainele se utilizează doar în alimente cu o durată de păstrare scurtă, care nu suferă tratamente termice în procesul de prelucrare.

Sunt protejate de acțiunea degradantă a luminii și oxigenului de către proteine, fapt care a condus la utilizarea acestora mai ales în alimentele cu conținut ridicat de proteine (preparate din carne în membrane, carne tocată, hamburgeri, iaurturi cu fructe, înghețata). Cel mai important aditiv alimentar din această clasă este Colorantul roșu de sfeclă (E 162).

PORFIRINE

Cei mai importanți pigmenți din această clasă sunt clorofila și derivații de clorofilă. Clorofila se găsește în toate plantele verzi fiind implicată în procesul de fotosinteză. Este colorantul verde din plante și este folosit și drept colorant alimentar verde smarald de mare intensitate. Ea este un complex de magneziu cu un ligand heterociclic.

Poate fi: Clorofila a (verde-albăstrui), Clorofila b (verde-gălbui)

Fig. 22 Clorofila

Procedeul comercial de obținere a clorofilei este prezentat schematizat în figura următoare:

Fig. 23 Procedeul comercial de obținere a clorofilei

Dacă la prepararea produselor alimentare verzi (murături, dulceață de caise verzi, nuci verzi) se adaugă un cristal de CuSO4, acesta induce o culoare verde strălucitoare, datorată formării complexului de cupru cu clorofila.

Clorofila (atât forma liposolubilă cât și forma hidrosolubilă) este relativ stabilă la acțiunea luminii și a căldurii. Forma liposolubilă este mai sensibilă la variațiile de pH, fiind degradată cu o viteză ridicată în mediu acid și alcalin.

Se utilizează în industria alimentară pentru colorarea unor produse lactate, a supelor, a gumei de mestecat și a produselor de cofetărie.

Coloranți alimentari de origine microbiană

Pigmenți Monascus

Sunt amestecuri de pigmenți galbeni, portocalii și roșii, obținuți din ciuperca Monascus purpureus.

Fig. 24 Pigmenți Monascu

Se folosesc drept coloranți în vinuri roșii de orez, brânză de soia, pește, produse din carne sărată, legume murate.

Pigmenți din alge

Pot fi phycoeritrine (roșii) și phycocianine (albastre).

Fig. 25 Pigmenți din alge

Se folosesc drept coloranți pentru guma de mestecat, băuturi răcoritoare și alcoolice, iaurt, bomboane, șerbeturi.

Coloranți alimentari de origine animală și din insecte

Cosenila (acid carminic, coșenilă E 120)

Este un pigment antrachinonic. Se extrage din corpul uscat al unor insecte (Dactylopius coccus costa) care parazitează unele specii de cactus din America de Sud.

Principiul colorant este acidul carminic, de culoare roșie care se complexează cu ioni de Al pentru ai mări puterea de colorare.

Fig. 26 Cosenila

Cosenila se utilizează pentru colorarea conservelor din fructe, a siropurilor, băuturilor alcoolice și nealcoolice, a unor sortimente de brânzeturi și a unor preparate din carne.

Pigmenți hemici

Formează complecși cu proteinele: mioglobina (mușchi), hemoglobina (sânge), din care se extrag cu solvenți organici și acid.

Fig. 27 Hemul

I.4.1.2. OBȚINEREA COLORANȚILOR ALIMENTARI NATURALI

Coloranții alimentari naturali se pot obține în următoarele moduri:

EXTRACȚIA PRIN PRESARE

Prin presarea fructelor coapte de rodie/vișine/cireșe/dude se poate extrage pigmentul roșu fucoxantina. Prin aceasta metoda se pot extrage pigmenții antocianici din struguri negri.

EXTRACȚIA APOASĂ

Utilizând apa ca solvent, se poate realiza extracția pigmenților antocianici din ceapa roșie, trandafir de grădină, gălbenele, urzică, sunătoare, afine, varza roșie.

EXTRACȚIA CU SOLVENTI ORGANICI

Se aplică la obținerea pigmenților clorofilieni (extracție alcoolică). Pigmenții asimilatori din cloroplaste sunt insolubili în apă și de aceea extragerea lor se face la rece sau la cald prin solubilizare în diferiți solvenți organici (acetonă, etanol, metanol,butanol, cloroform), obținându-se soluția brună de pigmenți.

EXTRACȚIA ÎN ULEI

Se pot astfel extrage coloranții carotenoidici din diferite surse.

I.4.1.3. SEPARAREA ȘI IDENTIFICAREA COLORANȚILOR NATURALI PRIN CROMATOGRAFIE PE STRAT SUBȚIRE

Cromatografia pe strat subțire este o metodă cromatografică ce poate fi folosită pentru separarea unor amestecuri de compuși.

Această metodă de separare presupune existența a două faze: faza staționară și faza mobilă.

Faza staționară este formată dintr-un strat subțire de material absorbant, de regulă silicagel, oxid de aluminiu sau celuloza, imobilizate pe o placă inertă de sticlă sau plastic.

Plăcile cromatografice sunt realizate prin amestecarea adsorbantului, cum ar fi silicagelul cu o cantitate mică de material de legătura inert, de exemplu sulfatul de calciu și cu apa. Acest amestec se distribuie sub forma unei paste într-un strat subțire pe suportul nereactiv, iar placa rezultată este uscată și activată prin încălzire într-un cuptor la 110° C, timp de o jumătate de oră. Grosimea stratului absorbant variază între 0.1–0.25 mm.

Faza lichidă constă în amestecul compușilor care urmează a fi separaîi (fie lichizi, fie dizolvați într-un solvent organic compatibil). Proba este depusă sub formă punctuală (spot) pe faza staționară. Prin introducerea capătului inferior al plăcii într-un rezervor de solvent are loc o migrare a amestecului în plan vertical, datorată acțiunii forțelor de capilaritate, separându-se astfel pe baza diferenței de polaritate diverșii componenți ai probei supuse separării. Când solventul ajunge la celălalt capăt al fazei staționare, placa este scoasă și uscată. Spoturile separate sunt vizualizate fie în mod direct, atunci când sunt colorate, fie cu ajutorul luminii ultraviolete sau prin plasarea plăcii în vapori de iod.

Componenții probei sunt antrenați cu viteze variabile spre capătul plăcii de către solvent datorită diferențelor dintre coeficienții lor de repartiție între faza mobilă și faza staționară, astfel constituenții necunoscuți pot fi identificați prin eluarea simultană cu unele substanțe standard.

Spoturilor vizibile li se poate calcula un factor de retenție (Rf), pentru fiecare spot prin raportarea distanței parcurse de component la distanța parcursă de solvent. Aceste valori depind de tipul solventului utilizat și de tipul plăcii cromatografice folosite și nu sunt constante fizice, astfel că pentru solvenți diferiți sau materiale adsorbante diferite Rf va avea valori distincte.

Avantajele utilizării cromatografiei pe strat subțire sunt:

costul scăzut al analizei;

timpul scurt în care se desfășoară analiza;

efectuarea unor operațiuni care nu implică un grad sporit de complexitate;

vizualizarea tuturor spoturilor;

folosirea unor cantități mici de solvenți;

I.4.1.4. DEZAVANTAJELE UTILIZĂRII COLORANȚILOR ALIMENTARI NATURALI

Principalele dezavantaje ale folosirii coloranților alimentari naturali sunt următoarele:

Sunt, de regulă, scumpi

Au putere de colorare variabilă, și mai redusă decât cei sintetici

Sunt neeconomici comparativ cu cei sintetici

De regulă au gust și/sau miros

Sunt instabili la căldură și lumină

Cei solubili în apă sunt higroscopici

Sunt compatibili numai cu anumite sisteme de producție

I.4.2. COLORANȚI ALIMENTARI SINTETICI

Coloranții sintetici sunt substanțe care nu există ca atare în natură sau sunt prezente în produse necomestibile, și se obțin prin sinteză chimică. Coloranții alimentari sintetici sunt cei mai folosiți în industria alimentară.

Coloranții alimentari sintetici prezintă următoarele proprietăți:

Sunt de regulă solubili în apă(gradul de solubilitate depinde de numărul și poziția grupărilor capabile să reacționeze și să formeze săruri)

Majoritatea sunt solubili în unii solvenți hidrofilici cum sunt glicerina, polietilenglocolul.

Sunt sensibili la temperatură și fotodegradare, fenomene care reduc intensitatea colorii.

Prezența metalelor(zinc. Cupru, fier, staniu, fier, aluminiu) în alimente determină reducerea intensității culorii, proporțional cu concentrația metalului.

I.4.2.1. Clasificarea coloranților alimentari artificiali:

Pe baza structurii chimice se disting șase grupe de coloranți artificiali: coloranți azoici, coloranți azo-pirazolonici, coloranți triarilmetanici, coloranți xantenici, coloranți quinolinici și coloranți indigoizi.

Coloranții azoici

Se caracterizează prin prezența în moleculă a unei sau mai multor grupări cromofore de tip azoic asociate cu structuri aromatice pe care le leagă, de regulă, în poziția para sau meta.

Din această clasă fac parte:

Amarant (E 123): se prezintă ca pulbere sau granule de culoare roșie-brună cu stabilitate bună la acțiunea luminii și la temperaturi de până la 105°C. Se utilizează în băuturi alcoolice (cu mai puțin de 15% alcool) și pentru colorarea icrelor. Se consideră că are o toxicitate redusă. În SUA, el este interzis total din 1976.

Azorubina (E 122) este o pulbere de culoare roșie maronie, sensibilă la acțiunea dioxidului de sulf și la pH alcalin. Are toxicitate redusă. În SUA și Canada este interzisă. Se folosește pentru marțipan, gemuri, iaurturi, jeleuri, prăjituri cu brânză.

Sinteza lui este prezentată în figura următoare:

Fig. 28 Sinteza azorubinei

Brun FK (E 154) este un colorant de culoare maro-roșcată, stabil la temperaturi ridicate și variații de pH, dar este degradat de dioxidul de sulf. Se folosește pentru colorarea preparatelor de hering afumat și marinat.

Roșu Allura AC (E 129) se găsește sub formă de pulbere sau granule de culoare roșie intensă, solubilă în apă, insolubilă în alcool, foarte stabilă la temperaturi ridicate și stabilă la lumină. Se utilizează pentru colorarea băuturilor slab alcoolice și pentru colorarea unor preparate din carne tratate termic. Toxicitatea acestui colorant este redusă.

Sinteza lui este prezentată în figura următoare:

Fig. 29 Sinteza Roșului Allura

Negru Briliant BN (E 151), este un pigment de culoare violet închis, hidrosolubil. Se caracterizează prin rezistență ridicată la radiațiile luminoase dar este sensibil la temperaturi ridicate. Este destul de rezistent la variațiile de pH, însă în contact cu dioxidul de sulf sau acidul ascorbic se decolorează parțial. Este acceptat în industria alimentară în Uniunea Europeană și Australia dar este interzis în SUA și Canada. Se folosește în produse alimentare singur sau în combinație cu alți coloranți.

Galben Sunset (E 110) este pulbere roșu-portocalie, solubilă în apă, stabilă la temperaturi ridicate (până la 205°C). În mediu alcalin (NaOH 10%) își reduce puterea de colorare, dar efecte mai intense asupra culorii le au acidul ascorbic 1% și dioxidul de sulf. Este acceptat în Uniunea Europeană, în SUA, Canada și Australia. Se utilizează în băuturi alcoolice și nealcoolice, conserve din fructe și legume, sosuri, deserturi, jeleuri, marmeladă, ciocolată caldă, supe.

Sinteza lui este prezentată în figura următoare:

Fig. 30 Sinteza Galbenului Sunset

Coloranții de tip azo-pirazolonic

Sunt coloranți asemănători ca structură cu coloranții azoici însă conțin în moleculă și grupări pirazolonice.

Tartrazina (E 102) este un pigment de culoare galbenă-portocalie, solubil în apă, stabil la temperaturi ridicate, dar sensibil la acțiunea unor substanțe alcaline (NaOH 10%), a acidului ascorbic și a dioxidului de sulf. Este folosit pentru colorarea unei game diverse de alimente (băuturi alcoolice și nealcoolice, produse de patiserie, produse de cofetărie, produse de brutărie, sosuri, conserve din legume și fructe).

Coloranții din grupa triarilmetanului

Se caracterizează prin prezența unui sistem cromofor care conține un atom de carbon central de care sunt atașate trei grupări aromatice cu grupări amino, substituenți în poziția para, ce acționează ca auxocromi.

Albastru Patent V (E 131) este un pigment de culoare albastru închis, stabil la temperaturi ridicate dar sensibil la acțiunea dioxidului de sulf, acidului ascorbic și la variațiile de pH. Se utilizează în alimente în combinație cu alți coloranți în conserve din fructe, băuturi aromate nealcoolice, băuturi spirtoase, produse de cofetărie.

Verde S (E 142) este un colorant de culoare verde închis, solubil în apă; stabil la temperaturi ridicate și în mediu acid. Este folosit în principal în conservele din legume verzi pentru a le menține culoarea.

Coloranții xantenici

Se caracterizează printr-un sistem cromofor format de regulă dintr-un inel heterociclic (dibenzo-1,4 piran) cu grupări amino sau hidroxil ca substituenți în poziția meta (raportat la legătura cu oxigenul).

Eritrozina (E 127) are culoarea roșie intens, cu reflexe albăstrui, este solubila în apă, sensibil la lumină. Precipită în mediu acid și este parțial degradat în mediu alcalin. Acidul ascorbic și dioxidul de sulf acționează ca antagoniști ai colorantului atunci când sunt prezenți. Eritrozina conține iod în moleculă și se consideră că, în cazul aportului exagerat, se poate ajunge la apariția unor fenomene de tireotoxicoză. Este acceptată în Uniunea Europeană, SUA și Canada. Se utilizează la bomboane, glazuri, geluri decorative, fructe confiate

Sinteza lui este prezentată în figura următoare:

Fig. 31 Sinteza eritrozinei

Coloranții quinoleinici

La coloranții din această categorie, gruparea cromoforă este reprezentată de un inel heterociclic quinoftalonic.

Galbenul de quinoleină (E 104) are culoarea galben-verzuie; este solubil în apă, puțin stabil la acțiunea radiațiilor luminoase și în mediul alcalin. Prezența în mediu a unor substanțe ca: hidroxidul de sodiu, acidul benzoic și acidul ascorbic reduce intensitatea efectul colorantului. Se utilizează în: băuturi alcoolice și nealcoolice, conserve din fructe și legume, băuturi răcoritoare, cereale pentru micul dejun, produse lactate, deserturi, sosuri, supe.

Sinteza lui este prezentată în figura următoare:

Fig. 32 Sinteza galbenului de quinoleină

Coloranții indigoizi

Sunt derivați ai indigoului (colorant natural de origine vegetală care nu se utilizează în industria alimentară). Singurul pigment din acest grup, utilizat ca aditiv alimentar, este indigotina, care se obține prin sulfonarea indigoului.

Indigotina (E 132) are culoarea albastru închis, este solubilă în apă, sensibilă la acțiunea luminii și variațiile de pH. Se utilizează în înghețată, prăjituri, rahat, produse de patiserie, biscuiți.

Sinteza ei se poate realiza în două moduri:

Din anilină

Fig. 33 Sinteza indigotinei din anilină

Din acidul N-antranilacetic

Fig. 34 Sinteza indigotinei din acidul N-antranilacetic

I.4.3. REGLEMENTĂRI LEGISLATIVE PRIVIND COLORANȚII ALIMENTARI

Folosirea coloranților alimentari este reglementată la nivelul Uniunii Europene printr-o serie de acte normative cum sunt:

Directiva 107/1989 care stabilește condițiile generale de utilizare a aditivilor alimentari,

Directiva 36/1994 care stabilește condițiile specifice de utilizare a coloranților alimentari

Directiva 2/1995 care stabilește criteriile de puritate care trebuie îndeplinite de aditivii alimentari.

Fiecare stat membru al Uniunii Europene este obligat să-și armonizeze legislația națională cu cea comunitară în domeniu.

În România reglementarea utilizării coloranților alimentari este realizează prin OMS 438/2002 completat și modificat prin mai multe acte normative.

I.4.4. ASPECTE TOXICOLOGICE ALE FOLOSIRII COLORANȚILOR ALIMENTARI

„Pentru ca un colorant să fie autorizat pentru folosire în industria alimentară se fac o serie de studii toxicologice cum sunt studiile de toxicitate acută, studii biochimice, toxicitatea la termen scurt, toxicitatea la termen lung, cancerogenitatea, mutagenitatea și chiar și observațiile la om.

Pentru a proteja sănătatea consumatorilor, FAO a introdus noțiunea de doză zilnică acceptabilă (DZA). Această doză reprezintă cantitatea de colorant ce poate fi ingerată zilnic, prin alimente, de-a lungul întregii vieți fără riscuri”.

Pentru a fi utilizat în alimente un colorant trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

a) să fie aprobat pentru utilizare prin legislația în vigoare;

b) să nu fie toxic pentru consumator, prin el însuși, prin impurități, sau prin compușii care pot lua naștere în aliment, ca urmare a procesării sau a interacțiunii cu alți constituenți ai alimentului;

c) să aibă dispersibilitate și/sau solubilitate în conformitate cu caracteristicile

alimentului în care va fi folosit;

d) să fie stabil la variațiile factorilor fizico-chimici (temperatură, pH etc), normale în timpul procesării și ulterior pe parcursul transportului și depozitării alimentului;

e) să nu imprime mirosuri și/sau gusturi particulare alimentului;

f) să poată fi pus în evidență în aliment prin tehnici analitice adecvate.

Coloranții autorizați pentru a fi utilizați în produsele alimentare sunt prezentați în tabelul nr.4.

Tabelul nr.4

După rezultatele evaluării toxicologice, coloranții au fost clasificați de către FAO, în următoarele categorii:

Categoria A – coloranții acceptați ca aditivi alimentari pentru care s-au fixat doze zilnice admisibile.

Categoria B – coloranții pentru care datele toxicologice nu sunt suficiente pentru a putea clasifica acești coloranți în categoria A.

Categoria C 1 include coloranții pentru care datele toxicologice sunt insuficiente pentru evaluarea lor, deși se dispune de un număr important de date privind toxicitatea la termen lung.

Categoria C 2 include coloranții pentru care datele toxicologice sunt insuficiente pentru evaluarea lor, iar toxicitatea pe termen lung este necunoscută.

Categoria C 3 include coloranții pentru care datele toxicologice sunt insuficiente pentru evaluarea lor și care prezintă riscul unor efecte nocive.

Categoria D cuprinde coloranții pentru care nu există practic date toxicologice.

Categoria E – coloranții care sunt considerați nocivi și care nu trebuie să fie introduși în produsele alimentare.

I.4.5. EFECTELE COLORANȚILOR NATURALI ȘI SINTETICI ASUPRA ORGANISMULUI UMAN

Coloranții sintetici au avut o dezvoltare explozivă în ultima sută de ani. În ultimii ani se constată o reducere a acestui ritm și o creștere a utilizării coloranților naturali.

Coloranții naturali nu sunt periculoși pentru organismul uman. De aceea în ultima perioadă se observă un trend de promovare a unui stil de viață sănătos și prin folosirea coloranților alimentari naturali.

Experimental s-a dovedit că antocianinele din coacăze, fructe de pădure îmbunătățesc semnificativ sănătatea cerebrală. Afinele conțin tot antocianine și au o activitate antioxidantă ridicată. Sfecla roșie este o sursă importantă de antioxidanți și nitrați naturali, care îmbunătățesc circulația sangvină în corp. Betacarotenul din morcovi reduce riscul apariției cancerului.

Curcumina, colorantul galben obținut din tumeric, are proprietăți antioxidante și este considerat și el responsabil de incidența mai scăzută a cancerului în Asia. Coloranți din seria porfirinelor sau a curcuminei sunt folosiți în „terapia fotodinamică a cancerului”. „Aceasta constă în injectarea bolnavilor cu o substanță fotosensibilizantă care să se acumuleze în țesutul canceros, urmată de iradierea cu lumină de o anumită lungime de undă. Substanța fotosensibilizantă trece într-o stare excitată și înmagazinează astfel energie pe care o eliberează apoi lent pentru a produce distrugerea țesuturilor canceroase.”. În figura următoare este prezentată formula curcuminei.

Fig. 35 Curcumina

Studiile de toxicologie, de efect asupra oamenilor au scos în evidență efectele nocive pe care le au diverși coloranți sintetici.

De aceea și această lucrare își propune să promoveze viața, prin folosirea coloranților naturali în detrimentul celor sintetici.

I.5. COLORANȚI PENTRU FIBRE

„Procesul de colorare în industria textilă este supus unui echilibru care se instalează între colorantul din flotă și cel fixat pe fibră. Forțele care contribuie la fixarea colorantului pe material sunt atât fizice, cât și chimice. Viteza de difuziune a colorantului este influențată de temperatură și de conținutul în electrolit al flotei.”

Procesele fizice care contribuie la fixarea colorantului pe fibră și care preced procesele chimice sunt adsorbția și absorbția. Astfel, adsorbția reprezintă fenomenul fizic propriu fixării coloranților hidrofili, iar absorbția este fenomenul fizic care caracterizează coloranții hidrofobi (de dispersie).

Fixarea chimică propriu-zisă a colorantului se realizează prin legături ionice, legături de hidrogen și legături covalente.

Fibrele textile pot fi clasificate astfel:

Fibre animale (lână, mătase, blănuri)

Fibre vegetale (bumbac, in, mătase vâscoză)

Esteri ai celulozei (acetatul de celuloză)

Fibre sintetice (nailon, polietenă, policlorură de vinil, poliacrilonitril, polietilentereftalat)

Modul de fixare al colorantului pe fibră diferă cu natura fibrei.

Fibrele animale conțin compuse grupe acide și bazice, în catenele laterale ale lanțului polipeptidic. De aceea vopsirea acestor fibre se face din soluție acidă, care conține și sulfat de sodiu(cu rol de a uniformiza repartiției colorantului pe fibră).

Fibrele vegetale, compuse din celuloză, fixează coloranții prin legături de hidrogen.

Fibrele de acetat de celuloză, în care grupe OH capabile să formeze legături de hidrogen cu colorantul sunt blocate cu grupe acetil, fixează colorantul printr-un proces pur fizic, anume prin dizolvarea colorantului în fibră. Fenomenul vopsirii se aseamănă cu extragerea unei substanțe, din soluție apoasă, cu un dizolvant insolubil în apă, de exemplu cu un eter sau un ester.

Lâna se vopsește cu coloranți acizi, deoarece ea este relativ stabilă față de acizi și se degradează ușor în prezența bazelor.

Pentru vopsirea bumbacului sunt indicați coloranții de cadă și de sulf.

Pentru vopsirea fibrelor sintetice cum sunt nylonul, capronul, sunt necesare tehnici speciale deoarece ele nu suportă încălzire până la fierbere, cum se întâmplă la vopsirea â

Concluzionând putem afirma că procedeele de colorare se diferențiază după structura coloranților și după natura fibrelor textile.

CAPITOLUL II: PROIECTUL TRANSDISCIPLINAR „COLORANȚI PENTRU FIBRE ȘI COLORANȚI ALIMENTARI”

II.1. OBIECTIVELE CERCETĂRII

Conținuturilor Coloranți naturali și sintetici – coloranți pentru fibre și coloranți alimentari le sunt asociate următoarele competențe în programa școlara pentru clasa a X-a, la disciplina Chimie:

4.1. Procesarea informației scrise, a datelor, conceptelor, pentru utilizarea lor în activități de tip proiect.

4.2. Utilizarea în mod sistematic a terminologiei specifice, într-o varietate de contexte de comunicare.

5.2. Justificarea importanței compușilor organici

Plecând de la aceste competențe specifice vizate de programa școlară, am ales ca abordare a temei: Coloranți pentru fibre și coloranți alimentari, proiectul, dar nu orice tip de proiect ci proiectul transdisciplinar.

Abordarea transdisciplinară este creatoare de o viziune nouă asupra realității, astfel încât elevul, acest homo sui transcendentalis, va putea recepta și înțelege aspecte surprinzătoarea cu privire la lumea în care trăiește. De aceea am ales ca metode de lucru pe acelea care servesc o astfel de viziune transdisciplinară.

Competențele generale vizate de acest proiect sunt:

Asigurarea unității cunoașterii

Dezvoltarea complexă a personalității elevilor

Dezvoltarea capacității de investigare și de valorizare a propriei experiențe

Dezvoltare personală prin comunicare, cooperare, valorizarea propriei experiențe

Utilizarea tehnologiei informației și a comunicațiilor în realizarea de proiecte

Rezolvarea de probleme și situații problemă folosind competențe transdisciplinare

Dezvoltarea spiritului inovator, antreprenorial

Ca și competențe specifice, proiectul își propune:

Organizarea demersurilor de cunoaștere și de explicare a unor fapte, evenimente, procese din viața reală prin folosirea conceptelor specifice.

Realizarea unor transferuri și integrarea cunoștințelor și a metodelor de lucru specifice, în scopul aplicării lor în proiecte de natură științifică

Utilizarea TIC pentru stimularea creativității

Folosirea eficientă a comunicării și a limbajului de specialitate în organizarea informațiilor

Valorificarea oportunităților de învățare și aplicarea practică a rezultatelor învățării.

II.2. FORMULAREA IPOTEZEI

Tema își propune să dovedească faptul că, prin folosirea proiectului transdisciplinar, cresc performanțele cognitive ale elevilor. Acest fapt se realizează prin receptarea realității ca un întreg structurat pe mai multe niveluri și prin atingerea pilonilor educației transdisciplinare:

a învăța să cunoști

a învăța să faci

a învăța să trăiești împreună cu ceilalți

a învăța să fii

II.3. PREZENTAREA MODELULUI CERCETĂRII

În această cercetare s-a plecat de la tema proiectului, care a fost abordata la clasa a X-a Tehnician în activități economice, din prisma unui proiect transdisciplinar.

Rezultatele au fost comparate cu cele obținute la clasa a X-a Matematică- Informatică, unde a fost aplicata tot metoda proiectului, dar nu transdisciplinar.

II.4. TRANSDISCIPLINARITATE

Motto:

„O autentică educație nu poate favoriza abstractizarea în dauna altor forme de cunoaștere. Educația trebuie să pună accentul pe contextualizare, concretizare și globalizare. Educația transdisciplinară se bazează pe reevaluarea rolului intuiției, imaginației, sensibilității și corpului în transmiterea cunoștințelor”.

(B. Nicolescu – Carta transdisciplinarității)

II.4.1. SCURT ISTORIC

Istoria acestui concept care exprimă o nouă mentalitate și o nouă viziune despre lume este relativ recentă – 1970, anul în care, datorită lucrărilor lui Jean Piaget, Edgar Morin, Erich Jantsch, Edgar Faure, apare ideea că interdisciplinaritatea și pluridisciplinaritatea nu exprimă totalitatea realității ființei umane. Basarab Nicolescu afirmă: „Transdisciplinaritatea este un termen introdus de Jean Piaget, cunoscut filosof și fizician elvețian, în anul 1970, iar eu am dezvoltat această idee, trasându-i noi dimensiuni. Ca să fim și mai preciși, termenul transdisciplinaritate a apărut la trei cercetători, Jean Piaget, cum am mai spus, Edgar Morin, Eric Jantsch. Acum trei decenii, termenul exprima necesitatea depășirii limitelor disciplinelor. Mie personal, mi-a luat peste douăzeci de ani elaborarea acestei teorii, care acum devine practică. Ideea este de legături, de stabilire de legături între fapte, oameni, culturi, religii, discipline, tot ceea ce unește, ceea ce traversează diverse zone ale domeniului cunoașterii și ceea ce este dincolo de toate domeniile cunoașterii. Cu alte cuvinte, finalitatea transdisciplinarității este înțelegerea omului în totalitate. Pentru că ne aflăm astăzi în plină revoluție a inteligenței, trebuie să înțelegem că transdisciplinaritatea ne descoperă dimensiunea poetică a existenței, traversând, așa cum am spus, toate disciplinele, dincolo de ele. A nu se confunda, însă, cu pluridisciplinaritatea și interdisciplinaritatea.” Se înțelege din cuvintele cercetătorului român că transdisciplinaritatea era concepută ca o etapă de depășire a interdisciplinarității și pluridisciplinarității care rămâneau la accepțiunea (devenită insuficientă) de înlăuntrul. De acum, noua viziune aduce în prim plan abordarea realității care își are locul între și dincolo.

Anul 1970 a fost declarat de UNESCO An Mondial al Educației, redactându-se cu această ocazie și câteva rapoarte ale Comisiei Internaționale asupra Educației. Tot în acest an, la Colocviul Interdisciplinaritatea – Probleme de învățământ și de cercetare în universități, desfășurat la Nisa sub organizarea OCDE, Jean Piaget propune adăugarea la accepțiunea de înlăuntrul disciplinelor și a accepțiunii de dincolo (de discipline). Din 1980, transdisciplinaritatea intră cu prioritate și în câmpul de cercetare și teoretizare al oamenilor de știință, îndeosebi al fizicienilor, astfel că în 1987 se înființează la Paris Centrul Internațional de Cercetări și Studii Transdisciplinare (CIRET), al cărui președinte este savantul român Basarab Nicolescu, fizician teoretician la Centrul Internațional de Cercetări Științifice al Universității din Paris. Apoi, în 1992 ia ființă, la propunerea lui Basarab Nicolescu și René Berger, Grupul de Reflecție asupra Transdisciplinarității de pe lângă UNESCO. În noiembrie 1994, la Convento da Arrábida, Portugalia, are loc primul Congres Mondial al Transdisciplinarității, finalizat prin redactarea Cartei transdisciplinarității, declarație-program deschisă spre semnare „oricărei persoane interesate în promovarea măsurilor progresive de ordin național, internațional și transnațional menite să asigure aplicarea acestor Articole în viața de fiecare zi.” Marea contribuție la constituirea teoriei transdisciplinarității, care a avut forța de a genera o schimbare de mentalitate la nivel global, este cea a lui Basarab Nicolescu despre care Magda Cârneci spune: „Spirit european, dar profund românesc prin genealogia culturală care-i hrănește structura psiho-mentală, Basarab Nicolescu face parte dintre teoreticienii de anvergură ce vor să recupereze elementul spiritual în economia raționalității contemporane – ca un palier superior al acesteia, de unde se pot pune în operă concepte precum transculturalul, transreligiosul, transmodernitatea sau chiar cosmodernitatea, și unde se poate experimenta o depășire a antinomiilor și contradicțiilor de tot felul, printr-o lărgire a conștiinței. Poate de aceea transdisciplinaritatea a fost acceptată într-un prim timp mai repede de artiști, poeți și plasticieni, ca profesioniști ai sensibilității transgresive, decât de savanți. Și poate că acest ingredient spiritual explică, printre altele, succesul de care se bucură metodologia transdisciplinară în țările Americii Latine, care împărtășesc cu spațiul cultural românesc un decalaj de mentalitate în raport cu rigorismul științific occidental pândit de reducționism.”

II.4.2. ACCEPȚIUNI ALE TERMENILOR DE INTER/PLURI/MULTI ȘI TRANSDISCIPLINARITATE

Interesul psihologilor s-a axat pe abordarea conceptelor – care au început să creeze confuzii– în legătură cu organizarea conținuturilor învățământului; definițiile au pus în valoare ideea că toți termenii mai sus numiți pot fi văzuți ca etape și necesități ale integrării curriculare (abordarea integrată, cross-curriculară, abordarea modulară). Din punctul de vedere al psihologilor specializați pe educație s-a propus o viziune holistică, constructivistă și instrumentală. Savanții (CIRET) au venit însă cu o definiție a transdisciplinarității care denotă crearea unei noi paradigme; astfel transdisciplinaritatea e o filosofie a științei, o nouă viziune asupra Lumii, asupra Naturii și asupra Realității, iar inter/pluri și multidisciplinaritatea sunt văzute ca forme, grade de potențializare și actualizare ale transdisciplinarității.

În Transdisciplinaritatea. Manifest, Basarab Nicolescu clarifică terminologia:

interdisciplinaritatea: „Ea se referă la transferul metodelor de la o disciplină într-alta. Se pot distinge trei grade de interdisciplinaritate: a) un grad aplicativ. De pildă, metodele fizicii nucleare transferate în medicină duc la apariția unor noi tratamente contra cancerului; b) un grad epistemologic. De exemplu, metodelor logicii formale în domeniul dreptului generează analize interesante în epistemologia dreptului; c) un grad generator de noi discipline. De exemplu, transferul metodelor matematicii în domeniul fizicii a generat fizica matematică”…

pluridisciplinaritatea „se referă la studierea unui obiect dintr-una și aceeași disciplină prin intermediul mai multor discipline deodată.”

transdisciplinaritatea „se referă – așa cum indică prefixul «trans» – la ceea ce se află între discipline, și înăuntrul diverselor discipline, și dincolo de orice disciplină. Finalitatea sa este înțelegerea lumii prezente, unul din imperativele sale fiind unitatea cunoașterii.”

Cei trei „stâlpi” ai transdisciplinarității sunt:

1. Nivelurile de Realitate (axioma ontologică): Realitatea nu este omogenă, ea este pluristratificată, deci fiecare nivel al ei are propriul set de legi, diferite de cele ale celorlalte niveluri; „ansamblul nivelurilor de realitate se prelungește printr-o zonă de non-rezistență la experiențele, reprezentările, descrierile, imaginile ori formalizările noastre matematice”. Zona de non-rezistență este cea care intră în incidența sacrului.

2. Logica terțului inclus (axioma logică): existența unui al treilea termen, T, care este în același timp A și non-A. Basarab Nicolescu distinge trei terțuri: terțul inclus logic, teoretizat de Ștefan Lupașcu, terțul inclus ontologic, în care operatorul logic este corelat saltului dintr-un nivel de Realitate în altul, și Terțul Ascuns, care joacă un rol vital în interacțiunea dintre Obiectul transdisciplinar – „ansamblul nivelurilor de Realitate și zona sa complementară de non-rezistență” – și Subiectul transdisciplinar – „ansamblul nivelurilor de percepție și zona sa complementară de non-rezistență”,întrucât face posibilă, prin zona de transparență absolută, comunicarea dintre fluxul de informație ce străbate lumea exterioară și fluxul de conștiință ce traversează universul interior.

3. Complexitatea (axioma epistemologică): cercetătorul constată că secolul XX a adus un adevărat big-bang disciplinar, s-a ajuns, ne avertizează Basarab Nicolescu, la incredibila cifră de 8000 de discipline, hiper-specializarea într-una dintre acestea, implicând inevitabil ignoranța și incompetența în celelalte 7999. Complexitatea este un dat al minții umane, „dar această complexitate este imaginea în oglindă a complexității datelor experimentale ce se acumulează fără încetare.”. Subiectul uman se situează în spațiul tăcut dintre simplitate și complexitate.

În viziune transdisciplinară, cunoașterea este poetică, idealul uman este cel al unei apropieri poetice de lume, cel al experienței mistice dublate de raționalitatea științifică, în vederea unei evoluții a conștiinței. Basarab Nicolescu are curajul să asocieze acești termeni deosebit de riscanți acum câțiva ani, are curajul să afirme importanța experienței interioare (a viziunii, inspirației etc.) în creația științifică. „Poetic vine din grecescul poiein care înseamnă «a face». A face, astăzi, înseamnă concilierea contradictoriilor, reunificarea masculinității și feminității lumii.”. Idealul uman al transdisciplinarității este: homo sui transcendentalis, care „este pe cale de a se naște. Nu este un oarecare «om nou», ci un om care se naște din nou. Această nouă naștere este o potențialitate înscrisă înlăuntrul ființei noastre.”

Ca atare și EDUCAȚIA apare într-o nouă lumină:

holistic, ea reprezintă o „opțiune pentru o strategie totală de planificare a curriculumului, cu o coordonare atentă între etapele procesului și cooperarea între factorii implicați la diferite nivele de decizie”.

Educația transdisciplinară consideră copilul ca un întreg, ca o ființă ce trebuie privită și dezvoltată în integralitatea sa. Potrivit acestei concepții, curriculumul integrat ar fi reprezentat de un proces educațional organizat în așa fel încât să traverseze” barierele obiectelor de studiu, aducând împreună diferitele aspecte ale curriculumului în asociații semnificative, care să se centreze pe ariile mai largi de studiu”. Predarea și învățarea ar reflecta astfel „lumea reală, care este interactivă”;

din perspectiva constructivistă, epistemologică, „obiectul cunoașterii, neavând o stare finită, se construiește, de-construiește și re-construiește, articulându-se permanent, o dată cu acțiunea de explorare, cunoașterea fiind «un construct uman fundamentat pe faptele vieții sociale, reflectând valorile și interesele umane social construite» (R. Trigg, 1996)”. Astfel, teoriile învățării elaborate prin fructificarea noii viziuni reflectă înțelesurile și metodologia construirii active a sensului pentru cel care învață (the active construction of meaning). Louis D’Hainout, referindu-se la modalitățile de abordare a materiilor de învățământ, distinge trei axe de acces în materiile de studiu, fiecare axă corespunde uneia dintre abordările intradisciplinară, interdisciplinară și pluridisciplinară. D’Hainaut constată că, deși se simte imperios nevoia modernizării, disciplinele constituie încă criterii de organizare a unui învățământ tradițional. Chiar dacă inter/pluri/multidisciplinaritatea sunt laitmotivele scrierilor teoretice despre educație, foarte puține școli din lume își organizează curriculumul și orarul fructificând și aplicând aceste concepte.

perspectiva pluridisciplinară vede procesul de învățământ ca pornind de la o temă, situație, problemă care e obiect de studiu pentru mai multe discipline în același timp.

perspectiva transdisciplinară. „după care punctul de intrare să nu mai fie materia, ci demersurile elevului”, susține Louis d’Hainaut. O asemenea abordare transcende disciplinele, subordonându-le omului pe care vrem să-l formăm. A numit-o transdisciplinară, după semnificațiile prefixului trans „dincolo” și nu „prin”, cum se înțelegea când era vorba de perspectiva pluridisciplinară sau interdisciplinară. Cele trei tipuri de transdisciplinaritate identificate de d’Hainaut, în funcție de parcursul orizontal, vertical sau transversal, sunt relevate prin următoarele verbe și expresii:

a comunica (recepție),

a comunica (emisie),

a reacționa la mediul înconjurător (traduce, a se adapta, a prevedea, a învăța, a decide, a alege, a aprecia, a examina acțiunea, a acționa, a aplica, a rezolva probleme, a crea, a transforma, a organiza, a conduce, a explica, a abstrage, a dovedi)– competențe transdisciplinare.

II.4.3. PILONII EDUCAȚIEI

Savanții și cercetătorii în domeniul educației au ajuns, pe căi diferite, la aceeași concluzie cu Comisia Internațională pentru Educație în secolul XXI, comisie ce a funcționat sub egida ONU (coordonator Jacques Delors), anume aceea că noul tip de educație în secolul întâi al mileniului trei se bazează pe patru competențe fundamentale (numite piloni, stâlpi ai educației). Iată deci care sunt pilonii educației:

a învăța să cunoști (să știi);

a învăța să faci;

a învăța să trăiești împreună cu ceilalți;

a învăța să fii.

În concluzie, afirmația lui Basarab Nicolescu din interviul acordat Luciei Dărămuș arată cu claritate că abordarea transdisciplinară are marele merit de a se adresa omului modern de pretutindeni: „transdisciplinaritatea are caracter universal, ea nu ține doar de societatea franceză, de cea germană, etc. Există o mare marjă de aplicabilitate, primele aplicații în lume făcându-se în domeniul educației și urmărește stabilitatea interioară a ființei umane, status-ul unui nucleu flexibil în interiorul omului, capabil să perceapă schimbarea, capabil să facă față diverselor schimbări din societate. În domeniul educației, transdisciplinaritatea urmărește punerea în funcțiune a unei inteligențe lărgite, care reflectă triada: inteligența analitică, inteligența emotivă, inteligența corpului.” Sunt premise ale unei școli deschise și performante.

Trandisciplinaritatea vizează întrepătrunderea mai multor discipline, sub forma integrării curriculare.

Această abordarea integrată este centrată pe lumea reală, pe teme de interes general, pe aspecte ale vieții cotidiene care ne afectează și influențează existența.

II.5. STRATEGIA DIDACTICĂ

Proiectul transdisciplinar se dorește a fi o cercetare aplicativă în vederea asigurării unității cunoașterii, bazată pe strategii integrate de învățare. El trebuie să răspundă modelului educațional promovat de pedagogia interactivă, care se bazează pe descoperirea noului de către cei care învață și stabilirea de relații între ei. În acest model educațional elevul se transformă dintr-o persoană pasivă, docilă, harnică, dependentă de profesor într-un „subiect activ al unei activități ghidate de propriile sale nevoi educaționale, sentimente și interese și, în prezent, chiar actor în actul educativ. Acest ultim statut îi permite elevului să depășească, prin propriile eforturi, stadiul cunoștințelor empirice, parțiale, incomplete, limitate și chiar greșite, să dobândească o cunoaștere științifică, pe scurt, să își construiască și să își modeleze în direcție favorabilă, în sens pozitiv, propria personalitate.

Plecând de la acest deziderat, misiunea școlii și mai ales a dascălului este de a organiza eficient întâlnirea dintre reprezentările, așteptările, întrebările, cunoștințele empirice ale elevilor, pe de o parte și caracteristicile programelor și constrângerile conținuturilor instruirii, pe de altă parte.

În organizarea demersului didactic, profesorul trebuie să țină cont de următoarele idei:

deplasarea accentului dinspre activitatea de predare spre cea de învățare, centrată pe elev;

reconsiderarea rolului profesorului ca organizator și facilitator al procesului de învățare în care sunt implicați elevii săi;

conștientizarea elevilor cu privire la necesitatea implicării lor în procesul propriei formări;

încurajarea și stimularea participării active a elevilor în planificarea și gestionarea propriului parcurs școlar;

diferențierea demersurilor didactice în raport cu diferitele stiluri de învățare practicate de către elevi;

De-a lungul timpului strategia didactică a primit diverse conotații semantice cum sunt:

„un ansamblu de acțiuni și operații de predare-învățare în mod deliberat

structurate sau programate, orientate în direcția atingerii, în condiții de maximă eficacitate a obiectivelor prestabilite”

„o acțiune decompozabilă într-o suită de decizii-operații, fiecare decizie asigurând trecerea la secvența următoare pe baza valorificării informațiilor dobândite în etapa anterioară. În acest sens, strategia devine un model de acțiune, care acceptă in ab initio posibilitatea schimbării tipurilor de operații și succesiunea lor”

„un grup de două sau mai multe metode și procedee integrate într-o structură operațională, angajată la nivelul activității de predare-învățare-evaluare, pentru realizarea obiectivelor pedagogice generale, specifice și concrete ale acesteia, la parametri de calitate superioară”

„un ansamblu de procedee prin care se realizează conlucrarea dintre profesor și elevi în vederea predării și învățării unui volum de informații, a formării unor priceperi și deprinderi, a dezvoltării personalității umane”

„aspectul dinamic, activ, prin care cadrul didactic dirijează învățarea”

Plecând de la aceste definiții, profesorului modern îi sunt necesare strategii didactice interactive prin care să asigure eficiența procesului de învățământ.

Strategiile didactice interactive prezintă următoarele caracteristică:

sunt „strategii de grup, presupun munca în colaborare a elevilor organizați pe microgrupuri sau echipe de lucru în vederea atingerii unor obiective preconizate (soluții la o problemă, crearea de alternative)”

„presupun crearea unor programe care să corespundă nevoii de interrelaționare și de răspuns diferențiat la reacțiile elevilor”

„au în vedere provocarea și susținerea învățării active în cadrul căreia, cel ce învață acționează asupra informației pentru a o transforma într-una nouă, personală, proprie”

„stimulează participarea subiecților la acțiune, socializându-i și dezvoltându-le procesele cognitive complexe, trăirile individuale și capacitățile de înțelegere și (auto)evaluarea valorilor și situațiilor prin folosirea metodelor active”.

Strategiile didactice interactive promovează o învățare activă, o colaborare susținută între elevi, o activitate organizată pe grupuri, în vederea realizării obiectivelor prestabilite. Strategiile interactive se bazează pe acțiune, aplicare, experimentare, cercetare și facilitează realizarea de achiziții durabile, care pot fi utilizate și transferate în diverse contexte educaționale. Ele nu mai pun accentul pe transmiterea și acumularea de cunoștințe, ci pe modul în care informațiile sunt prelucrate, structurate, interpretate și utilizate în diferite contexte. Strategiile interactive permit dobândirea de competențe solide, care vor fi utile în diverse contexte ale vieții.

În aceste strategii, deși demersul didactic nu mai este centrat pe profesor, ci pe elev, totuși rolul profesorului este esențial și anume de organizator a unui mediu de învățare adaptat nevoilor elevilor, un mediu care să faciliteze procesul învățării și dezvoltarea competențelor. Profesorul va crea un mediu în care elevul să-și exprime în mod liber ideile, să-și confrunte ideile cu ale colegilor și astfel să-și dezvolte competențe metacognitive.

Având în vedere aceste considerente, strategia optimă propusă pentru tema „Coloranți pentru fibre și coloranți alimentari” se bazează pe învățarea prin cooperare, realizată prin proiectul transdisciplinar, care permite dezvoltarea competențelor transversale.

II.5.1. METODE ȘI TEHNICI DE ÎNVĂȚARE ÎN CADRUL PROIECTULUI

II.5.1.1. PROIECTUL

Proiectul a fost definit de Cucoș în 2008 ca „o metodă complexă de evaluare, individuală sau de grup, recomandată profesorilor pentru evaluarea sumativă”.

Această lucrare propunE proiectul nu ca metodă de evaluare, ci ca metodă de învățare, activă, centrată pe elev, care transformă învățarea într-un fapt relevant pentru elevi, prin stabilirea conexiunii cu lumea din afara clasei. Prin proiect elevii se află într-o situație autentică de învățare care îi face să gândească altfel despre ei înșiși.

Proiectul reprezintă, în această abordare, în același timp un context, o metodă, un principiu, un scop, un proces dar și un produs.

Proiectul este o metodă activ-participativă ce presupune transfer de cunoștințe, dezvoltare de deprinderi și capacități, abordare inter și transdisciplinară precum și consolidarea unor abilități sociale ale elevilor. Prin această metodă profesorul poate estompa limita dintre teorie și practică, dintre stilurile de învățare, elevii putând să asimileze cunoștințe prin propriile lor experiențe de viață, într-un mod personalizat, ținând cont de particularitățile fiecăruia.

Învățarea bazată pe proiect este o abordare comprehensivă care angajează elevii într-o investigație bazată pe cooperare. Acest tip de învățare este eficientă în creșterea motivației elevilor și în dezvoltarea operațiilor superioare ale gândirii. Este o activitate științifică în care elevii: investighează, descoperă, prelucrează informații despre o temă de real interes pentru ei, cu relevanță pentru experiența lor de viață. Elevii sunt actori cu roluri multiple în organizarea, planificarea, realizarea și evaluarea activităților. Ei sunt puși în situații practice în care sunt determinați să experimenteze deprinderi și capacități noi în scopul consolidării lor.

Elaborarea unui proiect necesită o perioadă mai mare de timp și poate fi sarcină de lucru individuală sau de grup.

Metoda proiectului presupune parcurgerea următoarelor etape:

Stabilirea temelor pentru proiect (pot fi implicați și elevii, dacă le este deja familiar acest tip de activitate)

Stabilirea și precizarea perioadei de realizare a proiectului

Familiarizarea elevilor cu exigențele specifice elaborării unui proiect

Planificarea activității:

– formularea obiectivelor proiectului

– constituirea grupelor de elevi

– distribuirea/alegerea subiectului de către fiecare elev/grup de elevi

– distribuirea/asumarea responsabilităților de către fiecare membru al grupului

– identificarea surselor de documentare

5. Desfășurarea cercetării/colectarea datelor

6. Realizarea produselor/materialelor

7. Prezentarea rezultatelor obținute/proiectului

8. Evaluarea proiectului

Profesorul indică elevilor structura pe care trebuie să o aibă proiectul.

Pagina de titlu (include tema proiectului, numele autorului/autorilor, școala, clasa, perioada de realizare)

Cuprinsul (se precizează titlurile capitolelor și subcapitolelor)

Introducerea (se fac referiri la importanța temei, cadrul conceptual și metodologic)

Dezvoltarea elementelor de conținut prezentate în cuprins;

Concluzii

Bibliografie

Anexe

Metoda proiectului se bazează pe învățarea prin cooperare. Învățarea prin cooperare „reprezintă mai degrabă o filozofie instrucțională decât o metodă aparte”.

Ea este „o strategie pedagogică ce încurajează elevii să lucreze împreună în microgrupuri în vederea îndeplinirii unui scop comun”.

Această formă de învățare se potrivește foarte bine unui proiect și prezintă următoarele avantaje:

dezvoltarea competențelor cognitive și sociale;

dezvoltarea competențelor de comunicare;

dezvoltarea inteligenței interpersonale;

participarea activă;

dezvoltarea gândirii critice;

împărtășirea experiențelor;

realizarea transferului de cunoștințe;

confruntarea ideilor, reformularea ideilor;

dezvoltarea responsabilității individuale;

asumarea și interpretarea unor roluri variate în cadrul grupului;

cultivarea toleranței, a respectului pentru diversitate;

dezvoltarea unei atitudini pozitive față de învățare și creșterea motivației pentru învățare;

Proiectul a plecat din mintea profesorului de chimie. Pentru introducerea în această temă am apelat la un instrument modern de învățare : platforma AEL, apoi am făcut apel la experimentul chimic.

Chimia, fiind o știință experimentală, se bazează pe utilizarea experimentului, care facilitează învățarea activă, prin descoperire.

II.5.1.2. EXPERIMENTUL

„Învățarea bazată pe experiment este o metodă de instruire și autoinstruire care presupune explorarea realității prin activități intenționate de provocare, reproducere, reconstituire și modificare a unor fenomene și procese, în scopul studierii lor și al acumulării de informații științifice”.

În realizarea unui experiment trebuie parcurse următoarele etape:

crearea unei justificări;

prezentarea unei probleme;

analiza și enunțarea unor ipoteze;

elaborarea unor strategii experimentale;

efectuarea experimentului;

organizarea și efectuarea observației;

discutarea procedeelor utilizate;

prelucrarea datelor și elaborarea concluziilor provizorii;

verificarea rezultatelor prin aplicare practică și descoperirea validității și însemnătății concluziilor.

Experimentele folosite în învățare pot fi:

experimente cu caracter de cercetare, descoperire

experimente demonstrative

experimente aplicative

experimente destinate formării unor abilități practice

Folosirea metodei experimentului aduce următoarele avantaje:

solicită implicarea efectivă a elevilor în procesul cunoașterii,

permite realizării unei învățări active, de tip experiențial;

asigură corelația dintre teorie și practică;

permite transferul informațiilor;

cultivă autonomia în gândire și în acțiune, încrederea în propriile forțe;

contribuie la dezvoltarea spiritului de observație, a gândirii logice, creative;

permite prelucrare, sistematizare, restructurare și utilizare în practică a

cunoștințelor;

Metoda experimentului prezintă și câteva dezavantaje:

consum mai mare de timp

dificultăți de organizare, care pot fi legate de lipsa unor substanțe, aparate

riscul accidentelor, mai ales dacă nu se respectă instructajul făcut de cadrul didactic sau acesta nu supraveghează cu atenție activitatea elevilor.

De asemenea în cadrul proiectului am apelat și la studiul de caz.

II.5.1.3. STUDIUL DE CAZ

Studiul de caz este o „metodă de confruntare directă a participanților cu o situație reală, autentică, luată drept exemplu tipic, reprezentativ, pentru un set de situații și evenimente problematice”.

Studiul de caz implică următoarele etape:

prezentarea cazului

sesizarea particularităților cazului și asigurarea motivației necesare pentru implicarea elevilor în soluționarea acestuia

analiza individuală a cazului

dezbaterea în grup a soluțiilor identificate

adoptarea unor decizii unanime

evaluarea modului de rezolvare a cazului propus și evaluarea gradului de participare a elevilor

Această metodă prezintă trei variante în practica școlară:

Metoda situației care implică o prezentare completă a cazului, inclusiv a informațiilor necesare soluționării acestuia;

Studiul analitic al cazului, care presupune prezentarea completă a situației existente, dar informațiile necesare soluționării sunt redate parțial sau deloc;

Elevilor nu li se prezintă clar situația, nici nu primesc informații pentru soluționarea situației, li se propun doar sarcini concrete de rezolvat.

Avantajele acestei metode sunt următoarele:

permite contactul elevilor cu situații concrete de viață;

oferă posibilitatea organizării unor experiențe de învățare autentice, bazate pe descoperire;

valorifică resursele cognitive, afective, volitive ale elevilor, în contextul respectării exigențelor specifice principiului unității dintre teorie și practică;

promovează interînvățarea;

contribuie la dezvoltarea competențelor psihosociale, competențelor cognitive și metacognitive, a competențelor de comunicare ;

permite dezvoltarea capacității de cooperare, a spiritului de echipă;

Metoda prezintă și anumite limite cum sunt:

consum mai mare de timp;

dificultăți în identificarea soluției optime, în cazul în care elevii nu au o experiență consistentă pe care să o valorifice în acest demers;

dificultăți în evaluarea obiectivă a gradului de implicare a fiecărui elev în rezolvarea cazului.

Pentru a promova un stil de viață sănătos, apelăm la competențele dobândite la disciplina Marketing și le cerem elevilor să realizeze un afiș pentru promovarea coloranților alimentari, apelând la tehnica brainstorming-ului.

II.5.1.4. BRAINSTORMING-UL

Brainstorming-ul este o formă a discuției în grup, „cu funcția distinctă de a înlesni căutarea și găsirea celei mai adecvate soluții a unei probleme de rezolvat, printr-o intensă mobilizare a ideilor tuturor participanților”.

Altfel, putem spune că brainstorming-ul „reprezintă o metodă de stimulare a creativității participanților și, totodată, de descoperire a unor soluții inovatoare pentru problemele puse în discuție”.

Metoda brainstorming-ului implică parcurgerea următoarelor etape::

1. Etapa de pregătire care cuprinde:

a) faza de investigare și de selecție a membrilor grupului creativ

b) faza de antrenament creativ

c) faza de pregătire a ședințelor de lucru

2. Etapa productivă, de emitere de alternative creative, cuprinde:

a) faza de stabilire a temei de lucru, a problemelor de dezbătut

b) faza de soluționare a subproblemelor formulate

c) faza de culegere a ideilor suplimentare, necesare continuării demersului

creativ

3. Etapa selecției ideilor emise, care favorizează gândirea critică:

a) faza analizei listei de idei emise până în acel moment

b) faza evaluării critice și a optării pentru soluția finală

Avantajele acestei metode sunt următoarele:

stimularea creativității

dezvoltarea gândirii critice, divergente și creative

formarea și consolidarea deprinderii de ascultare activă

dezvoltarea capacității argumentative, competențelor de comunicare

participarea activă, implicarea tuturor elevilor în realizarea sarcinilor propuse

Limitele în utilizarea acestei tehnici sunt:

eficiență scăzută în condițiile în care moderatorul nu are calitățile necesare pentru un asemenea demers

efecte de saturație, oboseală pentru unii dintre participanți

Pe parcursul proiectului am apelat și la tehnica de învățare prin cooperare: mozaicul.

II.5.1.5. MOZAICUL

Această tehnică implică crearea unor grupuri cooperative și a unor grupuri expert.

Ca principiu mozaicul prezintă următoarele etape:

1. Formarea grupurilor cooperative și distribuirea materialelor de lucru

– profesorul împarte tema de studiu în 4-5 subteme

– solicită elevilor să numere până la 4 sau 5 (în funcție de numărul de subteme) și

distribuie fiecărui elev materialul ce conține detalierea subtemei corespunzătoare numărului său

– li se comunică elevilor faptul că vor învăța și vor prezenta materialul aferent numărului lor și celorlalți colegi, fiind responsabili de rezultatele învățării acestora

– fiecare grup de 4 sau 5 elevi va constitui un grup cooperativ; elevilor li se solicită să rețină grupul cooperativ din care fac parte.

2. Formarea grupurilor de experți și pregătirea prezentărilor

– elevii care au același număr se vor constitui în grupuri de experți

– experții studiază și aprofundează împreună materialul distribuit, identifică modalități eficiente de prezentare a respectivului conținut

3. Realizarea prezentărilor (predarea) și verificarea rezultatelor învățării

– se reconstituie grupurile cooperative

– fiecare expert „predă” conținuturile aferente subtemei sale într-o manieră

concisă, stimulativă, atractivă

4. Evaluarea

– profesorul solicită elevilor să demonstreze ceea ce au învățat fie printr-un test, chestionare orală, printr-o prezentare a materialului predat de colegi, prin elaborarea unui eseu.

Avantajele metodei mozaicului sunt următoarele:

dezvoltarea competențelor psihosociale, cognitive, de comunicare

promovarea interînvățării

participarea activă, implicarea tuturor elevilor în realizarea sarcinilor de învățare

dezvoltarea gândirii critice, creative

Limitele utilizării acestei metode sunt legate de:

abordarea superficială a materialului de studiu

înțelegerea și însușirea greșită a unor idei, concepte

apariția unor conflicte între membrii grupurilor

Pentru realizarea formei finale a proiectului, care se va materializa într-un material realizat în „prezi” (este un instrument software de prezentare a ideilor pe o pânză virtuală) cu ajutorul competențelor dobândite de elevi la disciplina Tehnologia informației și a comunicării, am apelat la harta conceptuală.

II.5.1.6. HARTA CONCEPTUALĂ

Harta conceptuală este o tehnică de învățare și mai ales de sistematizare a cunoștințelor, în care elevii sunt încurajați să gândească liber.

Harta conceptuală acordă o importanță majoră creării de legături între concepte în procesul învățării. Formal, ea este un grafic constând în noduri și trimiteri prin săgeți. Nodurile corespund termenilor importanți, iar trimiterile exprimă relația dintre două concepte.

În realizarea hărții, se parcurg următoarele etape:

1. Prezentarea cuvântului-cheie: cadrul didactic sau elevii scriu un cuvânt sau o propoziție-nucleu în mijlocul tablei;

2. Explicarea regulilor pe care le presupune tehnica: cadrul didactic le oferă elevilor explicațiile necesare și îi încurajează pe elevi să scrie cuvinte sau sintagme în legătură cu tema pusă în discuție.

3. Realizarea propriu-zisă a hărții: cadrul didactic le cere elevilor să lege cuvintele sau ideile produse de cuvântul sau propoziția-nucleu prin linii care evidențiază conexiunile între idei, realizând astfel o structura în formă de ciorchine;

Avantajele acestei tehnici sunt:

fixarea ideilor, structurarea informațiilor, înțelegerea ideilor;

poate fi aplicată atât individual, cât și la nivelul întregii clase pentru sistematizarea și consolidarea cunoștințelor;

Limitele metodei sunt:

timpul îndelungat necesar pentru aplicare;

implicare inegală a elevilor în activitate.

Învățarea prin acțiune implicând TIC presupune realizarea de sarcini în contexte variate care să permită operaționalizarea cunoștințelor și facilitarea transferului în contexte noi.

II.6. ORGANIZAREA ACTIVITĂȚII

II.6.1. ORGANIZAREA ACTIVITĂȚII LA CLASA A X-A TEHNICIAN ÎN ACTIVITĂȚI ECONOMICE

Clasa a X-a Tehnician în activități economice este o clasă de 30 de elevi, mixtă, în care domină următoarele tipuri de inteligență: inteligența verbală/lingvistică, inteligența corporal/kinestezică și inteligența interpersonală. Pentru a valorifica această situație, am ales ca metodă de învățare proiectul transdisciplinar.

Proiectul s-a derulat pe mai multe activități, vizând formarea la elevi a competențelor transferabile, transversale.

Efectele abordării integrate, transdisciplinare a cunoașterii se vor urmări în zona competențelor de comunicare, intercunoaștere, autocunoaștere, asumarea rolurilor în echipă, formarea comportamentului prosocial.

Evaluarea rezultatelor muncii elevilor va avea un profund caracter formativ.

Activități derulate:

Folosirea platformeni AeL în definirea și clasificarea coloranților

Pentru prezentarea temei și o succintă introducere în lumea coloranților, am apelat la platforma AeL.

AeL-ul este o patformă de predare, învățare, evaluare modernă. Ea susține derularea procesului didactic prin mijloace informatice moderne, punând la dispoziția profesorilor un instrument complementar, flexibil și eficient. Acest instrument de învățare facilitează procesul de învățare, mărind receptivitatea și gradul de asimilare al cunoștințelor și dă posibilitatea simulării unor fenomene pentru care materialele și instrumentele didactice sunt costisitoare sau dificil de procurat. Ea permite o învățare bazată pe descoperire și experiment virtual.

Cu ajutorul acestei platforme, s-a realizat o primă incursiune în lumea coloranților. Ora s-a desfășurat în laboratorul de AeL, așa cum se poate observa în figura următoare:

Fig. 36 Ora în laboratorul AeL

Obiectivele operaționale ale lecției au fost:

O1: să definească coloranții pe baza informațiilor furnizate de profesor

O2: să identifice grupările cromofore, auxocrome și stabilizante dintr-un colorant pe baza informațiilor furnizate de profesor

O3: să evidențieze rolul grupărilor cromofore și auxocrome pe baza experimentului virtual

O4: să clasifice coloranții pe baza informațiilor furnizate de profesor

O5: să stabilească proprietățile coloranților pe baza experimentului virtual

O6: să obțină coloranți pe baza experimentului virtual

Elevii au reușit să atingă obiectivele propuse așa cum se poate observa în figurile următoare (generate de platforma AeL a școlii), iar pentru sistematizarea informației au realizat la final, pe tablă, o hartă conceptuală. Ora s-a dovedit interesantă, elevii s-au implicat în acest demers de învățare.

Fig. 37 Definirea coloranților și stabilirea grupelor cromofore, auxocrome, stabilizante

Fig. 38 Rolul grupelor cromofore și auxocrome

Fig. 39 Sinteza unui colorant azoic

Fig. 40 Sinteza fluoresceinei

Fig. 41 Proprietățile coloranților

Obținerea unor coloranți

A doua activitate din cadrul proiectului, este o activitate practică, bazată pe experimentul de laborator, experimentul aplicativ, care are ca scop extragerea coloranților naturali.

Obiectivul operațional al lecției este obținerea unor coloranți naturali vegetali pe baza experimentului de laborator.

Pentru aceasta, clasa a fost împărțită în cinci grupe și fiecare grupă a primit câte o fișă de experiment. Rezultatele obținute sunt ilustrate prin imagini.

Prima grupă a obținut coloranți prin extracție prin presare, conform fișei de experiment nr.1, din anexa 1.

Prin presarea fructelor coapte de rodie/vișine/cireșe/dude se poate extrage pigmentul roșu fucoxantina. Prin aceasta metoda se pot extrage pigmenții antocianici din struguri negri.

Rezultatele obținute sunt ilustrate prin imagini.

Fig. 42 Extracția colorantului roșu din rodie

Fig. 43 Extracția pigmenților antocianici din struguri roșii

A doua grupă a realizat extracția apoasă a unor coloranți, conform fișei de experiment nr.2., din anexa 2.

Utilizând apa ca solvent, se poate realiza extracția pigmenților antocianici din ceapa roșie, trandafir de grădină, gălbenele, urzică, sunătoare, afine, varza roșie.

Fiecare elev din această grupă a realizat extracția pigmenților antocianici din diverse surse vegetale.

Rezultatele sunt prezentate în imaginile următoare.

Fig. 44 Extracția pigmenților antocianici din ceapa roșie, trandafir de grădină, gălbenele, urzică, sunătoare, afine

A treia grupă a realizat extracția apoasă a antocianelor din varza roșie, conform fișei de experiment nr.3, din anexa 3.

Rezultatele sunt prezentate în imaginile următoare.

Fig. 45 Extracția apoasă a pigmenților antocianici din varza roșie

Grupa nr. 4 a realizat extracția alcoolică a clorofilei și separarea pigmenților asimilatori, conform fișei de experiment nr.4, din anexa 4.

Elevii au realizat extracția clorofilei și apoi separarea pigmenților asimilatori.

Pigmenții asimilatori din cloroplaste sunt insolubili în apă și de aceea extragerea lor se face la rece sau la cald prin solubilizare în diferiți solvenți organici (acetonă, etanol, metanol, butanol, cloroform), obținându-se un extract de culoare verde.

Separarea calitativă și cantitativă a diferiților pigmenți asimilatori din frunze se bazează fie pe gradul diferit de solubilitate în anumiți solvenți organici a xantofilei (mai solubilă în alcool) și a clorofilei și carotinei (mai solubile în benzină).

Rezultatele sunt prezentate în imaginile următoare.

Fig. 46 Obținerea clorofilei

Fig. 47 Separarea pigmenților asimilatori

Grupa nr.5 a realizat extracția uleioasă a coloranților carotenoidici din morcov și extracția apoasă acidulată a pigmentului betanină din sfeclă, conform fișei de experiment nr.5, din anexa 5.

Rezultatele sunt prezentate în imaginile următoare.

Fig. 48 Extracția pigmenților carotenoidici din morcov

Fig. 49 Betanina din sfeclă

Folosirea pigmenților vegetali ca indicatori de pH

O a treia activitate a constat tot într-o activitate de laborator și anume un experiment aplicativ: folosirea pigmenților vegetali ca indicatori de pH.

Aciditatea sau alcalinitatea soluțiilor apoase se exprimă cu ajutorul pH-ului. Scara de pH este cuprinsă între 0 și 14. Cu cât pH-ul este mai mic cu atât soluția este mai acidă. Cu cât pH-ul este mai mare, cu atât soluția are un caracter mai puternic bazic.

Caracterul acid sau bazic al unei soluții poate fi pus în evidență folosind indicatori acido-bazici.

Un indicator de pH este o substanță care are o anumită culoare când se găsește în mediu acid și o altă culoare atunci când se găsește în mediu bazic. Indicatorii sunt substanțe organice cu caracter slab acid, sau slab bazic, care au proprietatea de a-și schimba culoarea într-un anumit domeniu de pH. Schimbarea culorii indicatorului se numește viraj. Virajul este dat de schimbări structurale determinate de prezența acizilor sau bazelor.

Sucul de varză roșie conține un pigment numit “cianidina” care poate fi utilizat la monitorizarea pH-ului în soluții. Este de culoare roz în soluții acide (pH < 7), mov în soluții neutre (pH ~ 7), albastru în soluții alcaline (pH > 7), și incolor în soluții foarte alcaline unde pigmentul este redus complet, dar culoarea depinde și de tipul de acid folosit (anorganic, organic). Din acest motiv, antocianina din varza roșie poate fi utilizată pentru a determina valorile pH-ului anumitor soluții.

Obiectivul operațional al activității este : obținerea scărilor de pH din pigmenți vegetali.

Elevii au fost împărțiți în cinci grupe și folosind colorantul extras din varza roșie la activitatea anterioară, au realizat activitatea experimentală cuprinsă în fișa de experiment nr. 6, din anexa 6.

Rezultatele sunt prezentate în imaginile următoare.

Fig. 50 Variația culorii în soluții de pH diferit

Fig. 51 Scări cromatice a extractului de varză roșie

Determinarea calitativă a clorofilei din dropsuri

A patra activitate a constat într-un studiu de caz și anume: Determinarea calitativă a clorofilei din dropsuri.

Studiul de caz propus este o formă a „metodei situației”, care implică o prezentare completă a cazului, inclusiv a informațiilor pentru soluționare.

Obiectivul operațional al activității este: determinarea calitativă a clorofilei din diverse dropsuri pe baza experimentului de cercetare.

Activitatea s-a desfășurat pe grupe. Fiecare grupă a adus două tipuri de dropsuri și au determinat calitativ, dacă în dropsurile verzi colorantul este clorofilă naturală sau un colorant sintetic. Determinarea s-a făcut prin cromatografie pe strat subțire. Elevii au realizat activitatea conform fișei de experiment nr.7, din anexa 7.

Elevii au fost împărțiți în șase grupe a câte cinci elevi, elevii fiecărei grupe au avut următoarele sarcini în cadrul grupei: un elev a extras clorofila din salată/spanac, alți doi elevi au extras clorofila din două sortimente de dropsuri, doi elevi au pregătit camera de developare, faza mobilă, au aplicat spoturile ( un spot cu clorofila naturală ca standard și un spot cu clorofila extrasă din dropsuri), au fost comparate cromatogramele obținute și au determinat calitativ colorantul din dropsurile analizate.

Comparând Rf obținute se trage concluzia că din produsele de caramelaj verzi analizate, doar o mică parte sunt colorate cu colorant natural clorofilă.

Rezultatele sunt prezentate în imaginile următoare:

Fig.52 Extracția clorofilei din frunze

Fig. 53 Extracția clorofilei din dropsuri

Prezența clorofilei naturale în dropsuri b) Absența clorofilei naturale în dropsuri

Fig. 54 Determinarea calitativă a clorofilei din produsele de caramelaj prin cromatografie pe strat subțire

Elevii au făcut apoi o corelare a rezultatelor obținute cu impactul coloranților sintetici asupra organismului uman.

Deși elevii au primit toate informațiile pentru soluționarea cazului, totuși activitatea s-a dovedit deosebit de interesantă, o dată pentru că am aplicat o metodă de separare cu care ei nu au mai lucrat și în al doilea rând pentru că rezultatul final nu putea fi intuit, el era descoperit doar la final când se analiza plăcuța cromatografică. Această îmbinare a noului( cromatografia pe strat subțire) cu o situație reală (dropsurile de pe piață) cu impact asupra sănătății a creat o motivare foarte bună a elevului, materializată într-o învățare activă, ce implică dezvoltarea competențelor transferabile.

Vopsirea coloranților textili. Vopsire ouă cu coloranți naturali

Următoarea activitate este o activitate de aplicare a cunoștințelor dobândite în activitățile anterioare, în viața de zi cu zi.

Obiectivul operațional al activității este: vopsirea fibrelor textile cu coloranți artificiali sau coloranți naturali, respectiv a ouălor cu coloranți naturali, pe baza cunoștințelor dobândite.

O parte din elevi au vopsit bucățile de bumbac, iar o altă parte au vopsit ouă.

Pentru vopsirea materialelor textile, am cumpărat două tricouri de bumbac, pe care le-am tăiat în bucăți mai mici și le-am vopsit astfel: 3 bucăți cu un colorant sintetic, iar restul bucăților cu coloranți naturali, conform fișelor de experiment nr. 8, nr.9, din anexa 8. Bucățile de bumbac vopsite, au fost apoi uscate, cusute și am refăcut cele două tricouri. Activitatea s-a bucurat de un real succes în rândul elevilor, pozându-se fiecare cu rezultatul obținut.

Fig. 55 Vopsirea cu colorant sintetic

Fig. 56 Vopsirea fibrelor textile cu coloranți naturali

Fig. 57 Tricouri obținute prin vopsire

Pentru colorarea ouălor, ne-am documentat și împreună cu elevii am elaborat fișa de lucru nr. 10, cuprinsă în anexa 9 și am realizat activitatea practică. Rezultatul acestei activități este ilustrat în imaginea următoare:

Fig. 58 Ouă vopsite natural

Tehnica mozaicului

Pentru realizarea următoarei părți a proiectului am apelat la tehnica mozaicului.

Am format cinci grupuri cooperative a câte șase elevi. Fiecare elev din cei șase, vor face parte apoi dintr-o grupă expert care tratează o anumită temă (se creează astfel 6 grupe expert):

Prima grupă expert a avut ca obiectiv să se documenteze și să realizeze un material în care să definească culoarea, să indice caracteristicile culorii, să descrie formarea imaginii pe retină, să explice chimia formării imaginii, să identifice anomaliile legate de percepția culorii (fiecare elev din grupă a avut de realizat unul din obiectivele indicate).

A doua grupă a realizat un material în care să definească coloranții, să-i descrie, să realizeze clasificarea acestora, să propună metode de obținere a coloranților, să deducă utilizările coloranților în viața de zi cu zi.

A treia grupă a realizat un material în care să demonstreze că clorofila și hemoglobina sunt pigmenți ai vieții, să compare impactul coloranților naturali și artificiali asupra organismului uman, respectiv asupra mediului

A patra grupă a realizat un material despre problematica culorilor în lumea țărănească a lui Liviu Rebreanu.

A cincea grupă a propus o incursiune în istoria coloranților de-a lungul timpului.

A șasea grupă a apelat la brainstorming pentru a realiza un afiș pentru promovarea unui stil de viață sănătos.

Această activitate se bazează pe învățarea prin cooperare, realizată atât între elevi, cat și prin implicarea profesorilor de la mai multe discipline. Activitatea s-a bucurat de colaborarea profesorului de chimie cu profesorii de limba română, istorie, marketing.

Documentarea s-a realizat preponderent în CDI-ul școlii. Rolul profesorului a fost de coordonator, organizator al acestui demers didactic. După ce fiecare grupă și-a realizat materialul, am reorganizat grupele astfel încât în noile grupe formate să avem câte un elev din fiecare din grupele de la început, care să „predea” colegilor tema, în care el a devenit expert.

Materialele realizate în grupele expert au fost prezentate în grupurile cooperative, sub forma unor prezentări power point, afișe.

În imaginile următoare prezentăm câteva crâmpeie din partea de documentare și din materialele grupelor expert.

Fig. 59 Documentare și realizare materiale grupe expert

Această activitate realizată folosind metoda mozaicului, vine să accentueze caracterul transdisciplinar al acestui proiect.

Activitatea s-a dovedit foarte eficientă, a pus accentul pe învățarea prin cooperare, pe transferul de informații, dezvoltarea spiritului de observație, a gândirii logice, a capacității de sinteză.

Brainstorming-ul, aplicat la grupa a șasea, stimulează creativitatea și găsirea soluțiilor inovative pentru promovarea unui stil de viață sănătos prin utilizarea coloranților naturali.

Strategiile didactice interactive dezvoltate în acest proiect transdisciplinar susțin învățarea activă, colaborarea susținută între elevi, profesori. Ele s-au bazat preponderent pe acțiune, aplicare, experimentare, cercetare și au facilitat dezvoltarea de achiziții durabile, care să poată fi utilizate și transferate în diverse contexte educaționale.

Experimentul chimic și activitatea practică s-au dovedit a fi cheia succesului acestui proiect. În jurul lui s-a creionat practic toată abordarea transdisciplinară a temei „Coloranți pentru fibre și coloranți alimentari”.

Prezentarea proiectului final

Pentru a putea realiza forma finală a proiectului, am realizat o hartă conceptuală și apoi o prezentare a temei cu ajutorul softului „prezi” (fig.60).

Am refăcut grupele de experți de la activitatea anterioară și fiecare grupă și-a ales materialele care să fie incluse în forma finală de prezentare a proiectului. Folosindu-se de prezentarea finală realizată în „prezi”, elevii și-au susținut apoi proiectul în fața clasei.

Prin această îmbinare transdisciplinară, s-a obținut un plus de valoare, o dezvoltare a performanțelor cognitive ale elevilor, o dezvoltare complexă a personalității elevilor, s-a asigurat unitatea cunoașterii, receptarea realității ca un întreg structurat pe mai multe nivele.

Fig. 60 Forma finală a proiectului

Pentru a recompensa rezultatul proiectului nu numai prin note, am organizat o activitate care a constat într-un joc de asociere cu culoarea (activitate realizată împreună cu psihologul școlii) materializat într-un afiș realizat de elevi respectiv prepararea, în școală, a unui tort cu coloranții naturali obținuți.

Cu siguranță aceste ultime două activități au angajat în activitatea de cunoaștere cele mai importante procese psihice, având în același timp un rol formativ și educativ.

Activitățile au stimulat procese afectiv – motivaționale, astfel că la final ne-am despărțit cu o urmă de regret că în clasa a XI-a nu mai facem chimie și nu mai putem trăi o astfel de experiență de învățare.

Feedback-ul primit a venit să întărească încă o dată beneficiile proiectului transdisciplinar în procesul de învățare.

II.6.2. ORGANIZAREA ACTIVITĂȚII LA CLASA A X-A MATEMATICĂ – INFORMATICĂ

Clasa a X-a Matematică – Informatică este o clasă de 30 de elevi, mixtă, în care domină următoarele tipuri de inteligență: inteligență logico/matematică, inteligența vizuală/spațială și inteligența intrapersonală. Am valorificat aceste tipuri de inteligență în tema proiectului.

Primele două activități au fost identice cu cele realizate la clasa a X-a Tehnician în activități economice. Apoi am organizat activitatea folosind metoda mozaicului.

Am format șase grupuri cooperative a câte cinci elevi. Fiecare elev din cei cinci, vor face parte apoi dintr-o grupă expert care tratează o anumită temă (se creează astfel 5 grupe expert).

Documentarea s-a realizat preponderent în CDI-ul școlii. Rolul profesorului a fost de coordonator, organizator al acestui demers didactic.

Cele cinci grupe au avut de realizat următoarele obiective:

Prima grupă a avut ca obiectiv să se documenteze și să realizeze un material în care să definească coloranții, să identifice grupările cromofore, auxocrome și stabilizante, să prezinte modalități de obținere a coloranților.

A doua grupă a avut ca obiectiv să clasifice coloranții pe baza informațiilor furnizate de profesor

A treia grupă a avut ca obiectiv să sintetizeze caracteristicile coloranților naturali

A patra grupă a avut ca obiectiv să deducă caracteristicile coloranților sintetici

A cincea grupă a avut ca obiectiv să ilustreze utilizările coloranților

După ce fiecare grupă și-a realizat materialul, am reorganizat grupele, revenind la grupele cooperative, în care fiecare elev și-a predat tema în care el a devenit expert colegilor săi.

În etapa următoare am revenit la grupurile expert și fiecare grup expert și-a prezentat materialul realizat în power point.

Și acest proiect este o metodă de învățare modernă centrată pe elevi care a presupus activități practice, selectarea de informații, prelucrarea și sintetizarea acestora, formularea de întrebări care să călăuzească investigația, interacțiuni în cadrul grupului, comunicarea rezultatelor, corelarea lor, realizarea unui produs final.

Spre deosebire de proiectul transdisciplinar, acest proiect a permis o dezvoltare în profunzime a competențelor legate de chimie și o valorificare redusă a competențelor transversale, transferabile.

II.7. METODA DE INVESTIGARE

O pedagogie interactivă trebuie să înglobeze în ea și evaluarea, deoarece ea trebuie să-și propună și o analiză a progresului realizat de elevi, a dificultăților ivite și chiar a reușitelor.

Modelul de învățare promovat de învățarea interactivă necesită o evaluare formativă și formatoare, în care „profesorul se interesează constant de progresul elevului în cursul învățării sale și se orientează spre a-i acorda un ajutor pedagogic imediat, sistematic și continuu.

Astfel, evaluarea nu se mai valorifică doar ca instrument de control, ci ca instrument de formare, de care elevul dispune pentru a urmări propriile obiective și pentru a-și construi propriul parcurs de învățare și formare”.

Evaluarea formativă este „dinamică și centrată pe potențialitățile care fac posibilă formarea și dezvoltarea și astfel, oferă elevului o perspectivă asupra învățării și formării și deci posibilități de a construi o progresie a acestora.”

Într-un învățământ modern e foarte important feedback-ul pentru reglarea procesului educativ. O evaluare continuă, formativă se poate realiza și apreciind produsul activității. Produsul activității are avantajul că sintetizează foarte bine un complex de caracteristici care includ domeniul cognitiv (cunoștințe, capacități), domeniul motivațional-atitudinal (motivații, interese) și domeniul psiho-motor, de aplicare și execuție (deprinderi, abilități). Produsul practic reflectă întreaga personalitate a elevului și oferă o imagine completă a realității.

Totuși pentru o evaluare a progresului, am aplicat același test de evaluare, în două momente ale proiectului: la începutul derulării proiectului și la finele lui.

Testul aplicat este cuprins în anexa 10 și cuprinde următoarele tipuri de itemi:

Itemi obiectivi

Itemi cu răspuns dual, prin care se evaluează comportamente corespunzătoare nivelelor taxonomice inferioare (cunoaștere, înțelegere)

Itemi de asociere – solicită elevului să stabilească corespondențe între două seturi de concepte, plasate de regulă în două coloane diferite, o primă coloană destinată premiselor sau stimulilor, iar în a doua coloană sunt incluse răspunsurile. Sunt cei mai complecși itemi obiectivi, fiind constituiți dintr-o serie de itemi de alegere multiplă. Ei vizează atât nivele taxonomice inferioare cât și superioare.

Itemi semiobiectivi

Itemi de completare: enunțuri lacunare, în care răspunsul constă în completarea spațiilor libere. Permit evaluarea de rezultate diverse, dar la nivele taxonomice inferioare.

Întrebări structurate: formate din mai multe subîntrebări obiectiv/subiective legate printr-un element comun. Sunt alcătuiți dintr-un material stimul și o suită de subîntrebări care sunt conectate prin conținut cu materialul stimul.

Itemi subiectivi

Itemi de tip eseu: presupun elaborarea de către elev a unor răspunsuri complexe din etajele taxonomice superioare, valorifică și dimensiunea creativă a elaborării răspunsurilor, capacitatea elevului de a formula explicații, de a argumenta, de a descrie modalități de lucru în situații particulare.

Am ales același test aplicat în două momente diferite ale proiectului tocmai pentru a putea aprecia cât mai corect progresul realizat.

În proiectarea testului s-au avut în vedere:

elaborarea itemilor în corelare cu competențele de evaluare, competențele- generale și competențele specifice corespunzătoare;

asamblarea itemilor cu respectarea matricei de specificație, prin atingerea în mod gradat și echilibrat a tuturor nivelelor taxonomice;.

realizarea unui barem de corectare explicit, care să permită o notare obiectivă a testului.

II.8. PREZENTAREA REZULTATELOR

Rezultate obținute la testul predictiv:

La clasa a X-a Tehnician în activități economice rezultatele sunt prezentate în tabelul următor:

Tabelul nr.5

Din tabel se poate constata că deși elevii s-au întâlnit din cele mai mici clase cu noțiunea de culoare, coloranți, totuși cunoștințele lor, legate de această temă, sunt foarte reduse, doar 2 elevi au obținut nota 5.

Dacă analizăm rezultatele pe subiecte (fig. 61), vedem că cele corespunzătoare nivelelor taxonomice inferioare au fost atinse în măsură mai mare (max. 50% subiectul 1). Cum era de așteptat subiectul 5 nu a fost abordat deloc și subiectul 6 numai într-o foarte mică măsură.

Fig. 61 Grad de rezolvare subiecte în testul predictiv la clasa Tehnician în activități economice

La clasa a X-a Matematică – Informatică rezultatele sunt prezentate în tabelul nr.6:

Tabelul nr.6

Și în cadrul acestei clase, rezultatele obținute reflectă un nivel foarte scăzut de cunoștințe legat de tema Coloranți, dar totuși putem spune că rezultatele sunt ceva mai bune decât la clasa Tehnician în activități economice, numărul notelor de 4 este cu 4 mai mare decât la clasa din domeniul Servicii.

Rezultatele pe subiecte sunt prezentate în figura 62:

Fig. 62 Grad de rezolvare subiecte în testul predictiv la clasa Matematică- Informatică

Din diagramă constatăm că elevii de la specializarea Matematică – Informatică au atins nivelele taxonomice inferioare într-un procent de maximum 54%. Spre deosebire de clasa Tehnician în activități economice au un plus de 5% pe subiectul 6, deci chiar ceva informații în plus legate de clorofilă.

Concluzionând putem spune că nivelul cunoștințelor legate de coloranți sunt, la începutul proiectului, foarte reduse pentru ambele clase.

Analiza rezultatelor obținute la testul sumativ:

La clasa a X-a Tehnician în activități economice rezultatele sunt următoarele:

Tabelul nr.7

Analizând notele obținute, se poate constata că 79,99% din lucrări au fost notate cu note de 8 si peste 8. Acest fapt dovedește că metoda de învățare aplicată a fost foarte eficientă.

Dacă analizăm rezultatele pe subiecte constatăm următoarele (figura 63):

Fig. 63 Grad de rezolvare subiecte în testul sumativ la clasa Tehnician în activități economice

Se constată că nivelele taxonomice inferioare au fost atinse în procent de peste 90%. Cele mai mari procente s-au obținut la subiectele 3 și 4 (95% și 93,33%) și evidențiază rolul important pe care experimentul îl joacă în dobândirea noului. Subiectul 5 are procentul cel mai mic, ceea ce dovedește că acești elevi nu stăpânesc foarte bine noțiunile legate de clasificarea coloranților, de caracterizarea lor. Subiectul 6, are cea mai mare creștere față de situația inițială (o creștere cu 73%) ceea ce dovedește atingerea nivelelor taxonomice superioare prin dezvoltarea competențelor transversale, transferabile.

La clasa a X-a Matematică – Informatică rezultatele sunt următoarele (tabelul 8):

Tabelul nr. 8

Analizând datele prezentate în tabel, se constată o creștere semnificativă față de testul predictiv. 70,03% din lucrări au fost notate cu nota 8 și peste 8, cu 9,96% lucrări mai puțin decât la clasa din domeniul Servicii. De asemenea aici lipsesc notele de 10, iar ponderea cea mai mare o au notele de 8, față de cealaltă clasă, unde ponderea mai mare o au notele de 9.

În concluzie, putem afirmă că rezultatele sunt foarte bune față de testul predictiv, dar sunt mai slabe față de clasa din domeniul servicii. Acest fapt poate fi justificat prin motivarea mai redusă decât în cazul proiectului transdisciplinar. Faptul că nu exista nicio notă apropiată de zece dovedește că progresul cognitiv prin proiect transdisciplinar este mai mare decât în cazul unui proiect strict abordat pe o disciplină.

Dacă analizăm rezultatele obținute pe subiecte constatăm următoarele (figura 64):

Fig. 64 Grad de rezolvare subiecte în tesult sumativ la clasa Matematică-Informatică

Primele patru subiecte sunt atinse într-un procent similar pentru ambele clase. Subiectele care s-au bazat pe partea experimentală din proiect au și aici procente foarte mari, evidențiind încă o dată rolul esențial al experimentului în învățare.

Situația este total diferită la ultimele două subiecte. La clasa de Matematică Informatică, subiectul 5 a fost atins cu un procent mai mare cu 12% decât la clasa de Tehnician în activități economice. Aceasta dovedește faptul că abordând proiectul doar din prisma chimiei, au aprofundat mai bine informații legate de clasele de coloranți. La subiectul 6 procentul de promovabilitate este cu 33,67% mai mare decât în testul inițial și cu 34,67% mai mic decât cel obținut de cei de la Servicii în testul final. Acest ultim procent dovedește că competențele transversale și nivelele taxonomice superioare se ating mai puțin la această clasă.

Concluzionând putem spune că deși nivelul cunoștințelor inițiale despre tema „Coloranți” a fost mai bun la clasa de Matematică – Informatică, totuși abordarea transdisciplinară a făcut ca în final nivelul competențelor atinse să fie mai ridicat la profilul Servicii.

Toate aceste date dovedesc plusul de valoare pe care îl conferă proiectul transdisciplinar.

CONCLUZII

Tema „Coloranți pentru fibre și coloranți alimentari – abordare didactică bazată pe proiectul transdisciplinar” atinge o serie de obiective transdisciplinare:

receptarea realității ca întreg coerent, structurat și complex prin natura lui, cu legi specifice, astfel încât realitatea devine, în reprezentarea privitorului, celui care o studiază, Realitate;

receptarea faptului că Realitatea este ordonată pe mai multe niveluri, cu setul de legi specifice; elevii vor putea observa, vor înțelege și vor accepta că Realitatea se configurează pe mai multe niveluri. Crearea unei deprinderi de a vedea aceste aspecte ale microuniversului unei teme este un exercițiu care va duce la „citirea” Realității Realia în aceeași manieră.

operarea în spiritul terțului inclus înăuntrul unei lumi care o imită pe cea reală, va duce la crearea unei mentalități care va favoriza aplicarea viziunii și în raport cu lumea reală.

atingerea pilonilor educației transdisciplinare:

a învăța să cunoști (să știi); lucrând pe o temă prezentată ca reprezentare la nivel micro a unui univers infinit, ca o lume posibilă, elevii sunt mult mai atrași de actul cunoașterii, de exersarea unor metode care să-i ajute să-și „citească” corect propria lume.

a învăța să faci; prin studiul unei componente ce poate fi stăpânită de elevi grație aportului de cunoștințe din alte discipline, elevii vor putea face, realiza ceva concret: au obținut coloranți, au determinat prezența sau absența unui colorant natural din produse de caramelaj existente pe piață, au vopsit două tricouri cu coloranții obținuți, au vopsit ouă, au realizat afișe de promovare a coloranților naturali, au preparat chiar un tort folosind coloranți naturali, au elaborate o copertă în acord cu coloristica din opera lui Rebreanu.

a învăța să trăiești împreună cu ceilalți; este un deziderat realizat prin chiar faptul că elevii lucrează în echipă.

a învăța să fii; toate descoperirile realizate în tema abordată sunt o importantă lecție despre intimitatea acestei lumi, despre esența ei, despre intimitatea ființei umane și totodată despre capacitatea ei de a se raporta la sacru.

Obiectivele transdisciplinare permit dezvoltarea competențelor transversale și atingerea nivelele taxonomice superioare.

Acest model de învățare interactivă, învățarea prin proiectul transdisciplinar, promovează un învățământ de calitate, centrat pe nevoile concrete ale elevilor, pe formare de competențe, pe transferarea competețelor dobândite la diverse discipline, pe învățare diferențiată.

Recomand astfel folosirea proiectului transdisciplinar ca metodă de învățare, pentru atingerea nivelelor taxonomice superioare.

BIBLIOGRAFIE:

Bibliografia a fost prezentată în cadrul lucrării, ca și notă de subsol.

ANEXE

Anexa 1

FIȘA DE EXPERIMENT NR.1

Metode de extracție a coloranților:

EXTRACȚIA PRIN PRESARE

Prin presarea fructelor coapte de rodie/vișine/cireșe/dude se poate extrage pigmentul roșu fucoxantina. Prin aceasta metoda se pot extrage pigmenții antocianici din struguri negri.

Extracția pigmentului roșu fucoxantina (pigment carotenoidic) din fructe coapte de rodie/vișine/cireșe/dude.

Mod de lucru: Într-o eprubetă se stoarce zeama de la o jumătate de rodie. Se filtrează lichidul obținut și se observă colorația roșie dată de pigmentul fucoxantină.

Extracția pigmenților antocianici din struguri negri.

Mod de lucru: Într-o eprubetă se stoarce zeama de la câteva boabe de struguri. Se filtrează lichidul și se observă colorația roșie-neagră dată de pigmenții antocianici prezenți în struguri.

Anexa 2

FIȘA DE EXPERIMENT NR.2

Modalități de extracție a coloranților:

EXTRACȚIA APOASĂ A COLORANȚILOR

Extracția apoasă a pigmenților antocianici din ceapa roșie, trandafir de grădină, gălbenele, urzică, sunătoare, afine.

Mod de lucru: În 6 eprubete se introduc diferite produse vegetale, după cum urmează: petale de trandafir de grădină în prima eprubetă, flori de gălbenele în a doua eprubetă, urzică în a treia eprubetă, flori de sunătoare în a 4-a eprubetă, fructe de afin în a cincea eprubetă, frunze uscate de ceapă în a 6-a eprubetă. Se acoperă cu apă și se fierb 10 minute. Se aduc sucurile la temperatura camerei și se filtrează. Ce observați?

Anexa 3

FIȘA DE EXPERIMENT NR.3

Modalități de extracție a coloranților

EXTRACȚIA APOASĂ A COLORANȚILOR

Extracția apoasă a pigmenților antocianici din varza roșie

Mod de lucru: Se taie o jumătate de varză roșie mărunt. Într-un pahar Berzelius puneți frunze de varză roșie tocată mărunt, adăugați apă și fierbeți 30 de minute. Amestecul rezultat se filtrează pe filtru creț, iar filtratul obținut se aduce la temperatura camerei.

Anexa 4

FIȘA DE EXPERIMENT NR.4

Modalități de extracție a coloranților:

EXTRACȚIA CU SOLVENȚI ORGANICI

1) Extracția pigmenților clorofilieni în solvenți organici (alcool etilic)

Pigmenții asimilatori din cloroplaste sunt insolubili în apă și de aceea extracția lor se face la rece sau la cald prin solubilizare în diferiți solvenți organici(acetonă, etanol, metanol,butanol, cloroform), obținându-se un extract verde.

Mod de lucru: Se cântăresc 5 grame frunze proaspete de spanac și se mojarează adăugându-se 1-2 picături de apă, cu rol de desfacere a pigmenților de pe substratul proteic din cloroplaste. Se adaugă 25ml alcool etilic, fracționat în 2-3 reprize, printr-o hârtie de filtru uscată. Ce observați?

2) Separarea pigmenților asimilatori

Separarea calitativă și cantitativă a diferiților pigmenți asimilatori din frunze se bazează fie pe gradul diferit de solubilitate în anumiți solvenți organici a xantofilei (mai solubilă în alcool) și a clorofilei și carotinei (mai solubile în benzină).

Mod de lucru: Într-o eprubetă se toarnă 3ml soluție alcoolică de pigmenți și se adaugă 5ml de benzină. După agitarea puternică a amestecului, se lasă în repaus pe un stativ. Se constată separarea a două straturi distincte: stratul superior de culoare verde ce conține clorofila și stratul inferior de culoare galben verzui ce conține xantofila în alcool. Dacă nu se realizează separarea celor două straturi, se vor adăugă 2-3 picături de apă pentru a dilua alcoolul și a reduce miscibilitatea cu benzina.

Anexa 5

FIȘA DE EXPERIMENT NR.5

Modalități de extracție a coloranților:

D. EXTRACȚIA ULEIOASĂ / IN APA ACIDULATA A COLORANȚILOR

Extracția coloranților carotenoidici din morcov în soluție uleioasă

Mod de lucru: Se toacă mărunt o cantitate mică de morcov și se amestecă bine cu 10ml de ulei mineral. Se filtrează compoziția obținută cu ajutorul unei pâlnii de filtrare într-un pahar Berzelius. După câteva minute o soluție care conține colorant va picura prin intermediul pâlniei în paharul Berzelius. Se amestecă 5ml apă dedurizată cu 10ml ulei mineral și se filtrează amestecul de morcovi din nou . Într-o zonă puternic luminată puneți o bucată de hârtie albă în spatele celor două pahare Berzelius și comparați soluțiile.

Extragerea pigmentului  roșu betanina din sfeclă în soluție apoasă acidulată (pH acid)

Mod de lucru:Se toacă tăiței o bucată de sfeclă roșie și se introduce într-o eprubetă. Se adaugă apă acidulată până se acoperă fragmentele de sfeclă. Extractul este concentrat sau eventual uscat prin pulverizare. Este un colorant sensibil la căldură (își schimbă culoarea în brun).

Anexa 6

FIȘA DE EXPERIMENT NR. 6

FOLOSIREA PIGMENȚILOR VEGETALI CA INDICATORI DE PH

Sucul de varză roșie conține un pigment numit “cianidina” care poate fi utilizat la monitorizarea pH-ului în soluții. Este de culoare roz în soluții acide (ph < 7), mov în soluții neutre (ph ~ 7), albastru în soluții alcaline (ph > 7), și incolor în soluții foarte alcaline unde pigmentul este redus complet, dar culoarea depinde și de tipul de acid folosit (anorganic, organic). Cianidina este un compus organic natural care se găsește în fructe de pădure, struguri, afine, mure, coacăze, cireșe, soc, păducel,  zmeură, varză roșie, ceapă roșie. Antocianina poate fi utilizată pentru a determina valorile pH-ului anumitor soluții.

Preparea soluțiilor de un anumit pH:

Proba cu pH = 2: 2 ml de oțet alimentar;

Proba cu pH = 3: se prepară diluând 1 ml de oțet alimentar de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 4: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 3 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 5: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 4 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 6: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 5 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 7: 2 ml apă distilată.

Proba cu pH = 12: se prepară dizolvând 0,04 g NaOH în 100 ml apă distilată; se iau 2 ml din această soluție;

Proba cu pH = 11: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 12 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 10: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 11 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 9: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 10 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Proba cu pH = 8: se prepară diluând 1 ml din proba cu pH = 9 de 10 ori; se iau 2 ml din această soluție într-o eprubetă etichetată;

Se adaugă colorantul extras din varza roșie și se obțin scări cromatice, în funcție de pH.

Anexa 7

FIȘA DE EXPERIMENT NR.7

DETERMINAREA CALITATIVĂ A CLOROFILEI DIN PRODUSE DE CARAMELAJ

MATERIALE:

Frunze verzi (spanac, salată, lucernă, urzici)

Dropsuri de culoare verde (3-4 sortimente)

Acetonă

Carbonat de magneziu

Foarfecă

Mojar cu pistil

Eprubete

Centrifugă

Plăci cromatografice

Tuburi capilare

Cameră de developare

Extracția clorofilei din frunze

Mod de lucru:

Se cântăresc 50 mg frunze de spanac, se taie mărunt cu ajutorul unei foarfeci, se introduc într-un mojar cu pistil și se mojarează, timp de 10 minute, cu 10 ml de acetonă.

Se adaugă un vârf de spatulă de carbonat de magneziu și se continuă mojararea timp de încă 10 minute.

Amestecul se filtrează pe un filtru creț. Soluția astfel obținută va fi utilizată pentru determinarea calitativă a clorofilei din dropsuri.

Determinarea calitativă a clorofilei din produsele de caramelaj

Mod de lucru:

Extracția clorofilei din dropsuri

Se cântăresc 0,5g dropsuri, se introduc într-un mojar cu pistil și se mojarează, timp de 10 minute, cu 10 ml de acetonă. Se adaugă un vârf de spatulă de carbonat de magneziu și se continuă mojararea timp de încă 10 minute. Amestecul se filtrează pe un filtru creț. Soluția astfel obținută se folosește pentru determinarea calitativă a clorofilelor.

Se repetă aceste operații utilizând diferite sortimente de dropsuri.

Pe o plăcuță cromatografică se aplică extractele, respectiv un spot de extract de clorofilă din frunze (pe post de standard). Se eluează cu un amestec hexan: acetonă = 7:3. Determinați valoarea Rf pentru fiecare spot. Pe baza acestor valori ale Rf, precizați care tip de dropsuri au fost colorate cu clorofilă (cele care același Rf cu Rf clorofilei, conțin clorofilă).

Anexa 8

FIȘA DE LUCRU NR. 8

VOPSIREA FIBRELOR DE BUMBAC

Un pahar Berzelius ce conține apă se încălzește pe sita de azbest până la fierberea apei. Se adaugă o spatulă de Na2CO3 pentru dedurizarea apei și apoi se adaugă o spatulă de colorant de sinteză. Amestecul se omogenizează cu o baghetă. În vas se introduce o bucată de țesătură din bumbac și se continuă fierberea 30 minute. La sfârșit, țesătura se spală foarte bine cu apă curată și se clătește cu o soluție de acid acetic.

FIȘA DE LUCRU NR.9

VOPSIREA FIBRELOR CU COLORANȚI DIN PLANTE

În patru pahare Berzelius ce conțin viorele, frunze de mesteacăn, coajă de stejar și respectiv coajă de păr, se adaugă apă și se fierbe timp de 10-15 minute. În paharul cu viorele se adaugă un vârf de spatulă de CuSO4 X 5 H2O, în cel cu frunze de mesteacăn un vârf de spatulă de piatră acră, în cele cu coaja de stejar și coajă de păr câte un vârf de spatulă de sulfat feros. Se continuă fierberea încă 10 minute și apoi se introduce în fiecare pahar câte o bucată de pânză albă. Se continuă încălzirea încă 15 minute. Ce culori s-au obținut?

Vopsire cu varză roșie, spanac, sfeclă, coji de ceapă, coji de portocale, turmeric, afine

Se adaugă ingredientul tocat într-un vas și se acoperă cu de două ori mai multă apă. Se pune la foc mediu, apoi se aduce la foc mic, timp de o oră . Se oprește apoi încălzirea și se lasă colorantul obținut să ajungă la temperatura camerei .

Pentru a crea durată țesăturii colorate , se pune articolul de îmbrăcăminte de colorat într-un mordant (fixativ). Pentru coloranți din fructe, se fierbe materialul într-o soluție formată dintr-o parte sare la 4 părți de apă. Pentru coloranți din legume, se fierbe materialul într-o soluție formata dintr-o parte acid acetic și 4 părți de apă. Se fierbe timp de o oră. Se clătește apoi articolul de îmbrăcăminte în apă rece și se lasă la macerat în vopseaua naturală, până când acesta ajunge la culoarea dorită.

Anexa 9

FIȘA DE LUCRU NR.10

VOPSIRE OUĂ CU COLORANȚI NATURALI

Mod de lucru:

Se aleg ouăle cu coaja cât mai albă, se spală și se degresează astfel încât să se poată fixa culoarea.

Se alege culoarea pe care dorim să o obținem conform tabelului următor.

Pentru obținerea colorantului se procedează astfel:

Plantele proaspete și legumele: se pun 250g într-un litru de apă și se fierb 30-40 de minute.

Frunzele, florile, fructele: se pun 15-50g câteva ore la înmuiat, după care se fierb 30-60 de minute.

Rădăcinile/scoarța: se pun 15-50g una sau două zile la înmuiat, după care se fierb 1-2 ore.

Pulberile: se pun 2-3 lingurițe la înmuiat 30 de minute, după care se fierb 20-30 minute.

Se introduc ouăle în colorantul în care s-au adăugat și 2 linguri de oțet și se lasă până se obține nuanța dorită.

Anexa 10

TEST DE EVALUARE COLORANȚI

Completează spațiile libere din următoarele enunțuri:

a. Colorant este o substanță organică ………. sau ………, care are …………… ………… și care are proprietatea de a ………….. substraturile pe care este aplicat.

b. Metiloranjul este un colorant ………………….. în soluție neutră și alcalină și ………… în soluție acidă.

c. Fenolftaleina se folosește ca …………………….. .

d. Șofranul este un colorant ………………. .

2puncte

Stabilește valoarea de adevăr a următoarelor enunțuri:

a. Moveina este primul colorant sintetic descoperit.

b. Carotenoidele au în structură douăzeci de atomi de carbon legați în opt unități izoprenice, la capetele cărora se găsesc substituenți diferiți.

c. Coloranții naturali au dezavantajul că nu sunt rezistenți la tratament termic.

d. Clorofila este un complex de fier cu un ligand heterociclic.

punct

Stabilește corespondența între elementele din coloana A și cele din coloana B.

0,4 puncte

Coloranții alimentari naturali sunt substanțe complexe, obținute prin extracție din țesuturi vegetale și animale și concentrate prin metode speciale. Produșii obținuți au proprietăți tinctoriale bune, fiind solubili în apă sau grăsimi.

Plecând de la aceste afirmații răspunde la următoarele cerințe:

Enumeră modalitățile de extracție ale coloranților naturali.

Dă câte un exemplu de colorant hidrosolubil și liposolubil.

Indică două dezavantaje ale coloranților naturali.

Explică cum se separă coloranții prin cromatografie pe strat subțire.

1,6 puncte

Încadrează în grupa din care fac parte, caracterizează și indică utilizările pentru următorii coloranți alimentari artificiali: roșu allura, indigotina, galben de quinoleină și eritrozină.

2 puncte

Realizează un minieseu cu tema „Clorofila – pigmentul vieții”.

puncte

se acordă un punct din oficiu

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE PE PROPRIA RĂSPUNDERE

Subsemnata BACIU (CUSTELCEAN) MARIANA CORINA, înscrisă pentru obținerea gradului didactic I seria 2014-2016, specializarea CHIMIE, prin prezenta certific faptul că lucrarea metodico-științifică cu titlul „COLORANȚI PENTRU FIBRE ȘI COLORANȚI ALIMENTARI – ABORDARE DIDACTICĂ BAZATĂ PE PROIECTUL TRANSDISCIPLINAR”, coordonator științific conf. dr. DAVID LUMINIȚA, este rezultatul propriilor mele activități de investigare teoretică și aplicativă și prezintă rezultatele personale obținute în activitatea mea didactică.

În realizarea lucrării am studiat doar surse bibliografice consemnate în lista bibliografică, iar preluările din diferitele surse, inclusiv din alte lucrări personale, au fost citate în lucrare.

Prezenta lucrare nu a mai fost utilizată în alte contexte evaluative, examene sau concursuri.

Data, Semnătura,

07.08.2015