Hoe kan het anders ?? 1. Variatie in vraagstelling voor dezelfde doelstelling qua vorm en inhoud Tijdens hun vakantie besluiten drie vrienden om 24 uur wakker te blijven. Om die uitdaging gemakkelijker haalbaar te maken drinken ze in de loop van die 24 uur cafeïnehoudende dranken, want die houden je wakker als je moe bent. Bart drink 4 blikjes Red Bull, Thomas drinkt 5 koppen instant koffie van elk 200 ml en Joris drinkt 6 glazen Coca-Cola van 275 ml. Bereken via de formule van de massaconcentratie hoeveel cafeïne elk van de drie vrienden tot zich nam, rekening houdend met onderstaande gegevens. Wie gebruikte de meeste cafeïne? Koffie
Thee
Chocomelk Coca-cola Pepsi-cola
Hoeveelheid ( ml )
Cafeïne ( mg)
Filter
150
115
Instant Espresso Decafeïné
150 150 150
60 100 1
Zwart
150
50
Groen
150
30
Blaadjes
150
30
240 360 360
5 46 38
!
Veelal worden rekenvraagstukken gegeven zonder context. De getallen die erin gegeven worden zijn vaak fictief. De link met de realiteit is vaak zoek. Hier wordt ook gebruikgemaakt van een tabel waardoor van de leerling meer geëist wordt dan rekenvaardigheid. Dat sluit meer aan bij het onderzoekend leren, doordat men een doel heeft: wie van de 3 gebruikt de meeste cafeïne. 2. Voorbeelden van valide en niet-valide vraagstelling 2.1 Bereken de molaire massa van natriumcarbonaat. Het antwoord is 106 g/mol indien de leerling de juiste chemische formule Na2CO3 gebruikt. Vertrekt de leerling bijvoorbeeld vanuit de formule NaCO3 dan werd M = 83 g/mol correct berekend! Vermits de beoogde doelstelling het berekenen van de molaire massa is en niet het vertalen van namen naar formules zal eerlijkheidshalve in dit voorbeeld ook nagenoeg de maximale score toegekend worden aan 83 g/mol. Alternatieve formulering: Bereken de molaire massa van Na2CO3. 2.2 Vermeld bij elke bewering of het gegeven juist of fout is. •
Een waterstofbrug is een intermoleculaire binding.
•
Een NH3-oplossing heeft een pH < 7.
Deze formuleringen geven 50 % kans om de juiste antwoorden aan te duiden zelfs zonder kennis van chemie en zijn als dusdanig te mijden. De eerste bewering is juist en vergt geen expliciet antwoord. De vraagsteller kan niet onderscheiden of dit item
wel of niet beantwoord werd. In het tweede item kan de leerling het antwoord focusseren op twee verschillende delen en is meer dan 1 juist antwoord mogelijk: Een NH3-oplossing heeft een pH>7.
of
Een HCl-oplossing heeft een pH<7.
Welk antwoord beoogde de vraagsteller? Realiseert de vraagsteller zich dat er meerdere juiste antwoorden zijn? Wordt elk mogelijk juist antwoord maximaal gequoteerd of enkel het beoogde antwoord? Alternatieve formulering: Corrigeer indien nodig de onderstreepte gedeelten. Is de bewering juist, vermeld dan "juist". •
Een waterstofbrug is een intermoleculaire binding.
•
Een NH3-oplossing heeft een pH < 7
Telkens wordt het beoogde deel gefocusseerd en op elke bewering moet expliciet een antwoord neergeschreven worden. 3. Sterke en minder sterke vragen op vakinhoudelijk gebied 3.1 Corrigeer indien nodig de onderstreepte gedeelten. Is de bewering juist, vermeld dan "juist". •
Een HCl-oplossing van 9 mol/liter kan bereid worden door gelijke volumes HCloplossing met concentratie 3 mol/liter en 6 mol/liter samen te voegen.
Een juiste berekening leidt naar 15 mol/liter waar de maximaal mogelijke concentratie van een HCl-oplossing 12 mol/liter bedraagt. 3.2 Met hoeveel ml HNO3 (c = 5 mol/l) moet men 50 ml Ca(OH)2 oplossing met pH = 9 titreren om het equivalentiepunt te bereiken? Bereken de pH als men 10 ml in overmaat toevoegt. -4
Het juist berekende antwoord van de a-vraag is 10 ml, niet afleesbaar in een klassieke buret en een weinig realistische hoeveelheid t.o.v. 50 ml base. Voor de b-vraag werd later (als aanpassing) vermeld dat Ca(OH)2 in overmaat toegevoegd wordt. Toevoegen bij een titratie gebeurt via een buret en in dit voorbeeld bevat de buret waterstofnitraat. 4. Taalaspect in de vraagstelling 4.1 Bij het verwarmen van 43,4 g kwikoxide ontstaat 40,1 g kwik. a. Schrijf de reactievergelijking voor deze reactie. b. Welk soort reactie is dit (twee mogelijke benamingen)? c. Hoeveel van het tweede eindproduct wordt er gevormd. Er worden verschillende doelstellingen tegelijkertijd getoetst. Als op deelvraag a fout
geantwoord wordt, kan b en c niet meer juist zijn. De oplossing is 2HgO -> 2 Hg + O2. Het is niet duidelijk wat met "tweede eindproduct" bedoeld wordt (Hg of O2). Er is ook niet aangegeven in welke eenheid het antwoord verwacht wordt. Een betere formulering van de vraag zou zijn: Bij het verwarmen van 43,4 g kwikoxide ontstaat 40,1 g kwik. De reactievergelijking kan als volgt genoteerd worden: 2 HgO -> 2 Hg + O2. a.
Welk soort reactie is dit ? (2 mogelijke benamingen)
b.
Bereken de massa dizuurstof die gevormd wordt. Druk je resultaat uit in gram.
4.2 Men voegt de volgende twee elektrolytoplossingen bij elkaar. In welk geval verdwijnen het grootste aantal ionen uit de oplossing? Motiveer. •
CaS + H2SO4
•
Ba(NO3)2 + H2SO4
•
NaOH + H2SO4
Beter zou de vraag op volgende manier gesteld worden: Hierna
volgen
3
reactievergelijkingen
die
plaatsvinden
elektrolytoplossingen bij elkaar worden gevoegd. a.
Welke ionen verdwijnen in elke reactie uit de oplossing?
b.
Onder welke vorm verdwijnen deze ionen uit de oplossing? CaS + H2SO4 Ba(NO3)2 + H2SO4 NaOH + H2SO4
wanneer
twee
Om in te gaan op een ander facet van evaluatie, nl. minder kennisgericht en meer competentiegericht evalueren, kunnen andere voorbeelden worden aangehaald. Het evaluatiegedrag van de leerkracht conditioneert het leergedrag van de leerlingen. Daarnaast is het een verzuchting van heel wat leerkrachten dat ze ondervinden dat leerlingen geen overzichtsvragen, inzichtsvragen meer aankunnen of moeite hebben om grote gehelen te verwerken. Dit kan als vertrekpunt gebruikt worden om aan te geven dat kennisgericht werken tijdens de les zijn weerslag heeft op de evaluatie. Door de focus bij het lesgeven te verleggen naar leercompetentgericht werken, waar naast kennis ook vaardigheden en houding aandacht krijgen, en door contextueel of conceptueel leerinhouden aan te brengen, opent men perspectieven naar de evaluatie die eraan gekoppeld wordt. Meer en meer wordt in de nieuwe leerplannen gesproken van ‘leren onderzoeken’ en ‘onderzoekend leren’. Dat kan daar perfect op aansluiten. Volgend voorbeeld wordt gebruikt om dit te verduidelijken. In zowat alle leerplannen van de tweede graad komen de minerale stoffen aan bod. Veelal worden de 4 klassen van oxiden, zuren, basen en zouten elk afzonderlijk behandeld en neemt dat 1 trimester in beslag. Door het creëren van de gepaste context kunnen we een rode draad zichtbaar maken. We vertrekken vanuit het verhaal dat door de invoering van het Globally Harmonised System we in het lab onze etiketten van de chemicaliën dienen te vernieuwen en aan te passen aan de nieuwe H- en P-zinnen. Alle producten worden uit de kast gehaald en de leerlingen krijgen de opdracht om ze te rangschikken, voorzien van de nieuwe etiketten. Volgende brutoformules worden opgegeven: CaO, Al(OH)3, K3PO4, Na3PO4, H2SO4, CO, MgO, KOH, HNO3, MgCl2, CaCO3, Fe2O3, SO2, Ca(OH)2, H3PO4, KNO3, Pb(NO3)2, K2O, N2O, HCl, NaOH, H2S, CaSO4, Na2S, Al2O3, NO2, NaCl. Alhoewel de leerlingen de minerale stofklassen nog moeten leren kennen, slagen ze erin, in het kader van een onderwijsleergesprek, puur op basis van de brutoformule de verschillende producten weer “op hun plaats” te zetten. Er zijn immers meerdere producten waarbij de brutoformule eindigt met O en begint met een metaal of eindigt met O en begint met een nietmetaal of eindigt met OH of begint met H. Na deze inleiding wordt die “kast” in elk van de volgende lessen opnieuw geprojecteerd en verder aangevuld. De zaken die later worden aangevuld zijn in blauw (+ H2O) en paars (de pijlen en het bindingstype) weergegeven. De kleuren van de vakken voor hydroxiden en zuren zijn de kleuren van universeel indicatorpapier en hiermee kan de link met de pH gelegd worden. Ook de zouten kleuren we groen wat overeenkomt met een neutrale oplossing (ontstaan door samenvoegen van een zuur en een base).Verder in de lessen kan men de zuren en basen wat groeperen, waardoor men het onderscheid kan maken tussen zwakke en sterke basen en tussen zwakke en sterke zuren. Het noteren van een pH-schaal kan een volgende stap zijn. Hetzelfde kan gedaan worden met de zouten naar oplosbaarheid toe. Ze kunnen in een zekere volgorde geplaatst worden en dan goed, minder goed en slecht oplosbaar genoemd. Les na les worden de verschillende vakken van de ‘kast’ besproken, behouden de leerlingen het overzicht en zien ze de rode draad. Door de eigenheid van ons wetenschapsvak besteden we heel wat aandacht aan het komen tot “inzicht”, waardoor we soms minder het “overzicht” benadrukken.
Een dergelijk overzicht-schema, dat regelmatig weer wordt opgebouwd of hergebruikt bij de start van een nieuw hoofdstuk, kan voor leerlingen in de loop van een trimester ook die vooruitgang zichtbaar maken. Een belangrijk voordeel hierbij is dat we hen ook aanleren hoe ze dat moeten verwerken door rekening te houden met enkele cruciale voorwaarden, nl. integratie, horizontale continuïteit en verticale continuïteit. En dat komt uiteindelijk ook de evaluatie ten goede.
MINERALE STOFKLASSEN Metaal-oxiden MO
CaO
Fe2O3
MgO
K2O
ionbinding
niet-Metaaloxiden nMO
Al2O3
CO SO2
+ H2 O
Hydroxiden MOH Sterk
N2 O
NO2
atoombinding Zuren HZ
Zwak
Zwak
Sterk
KOH Ca(OH)2 NaOH
H2SO4 HCl HNO3 Al(OH)3
14
H3PO4 H2CO3
HI HBr 1
7
ionbinding
Goed oplosbaar
atoombinding Zouten MZ
Slecht oplosbaar
NaCl
K3PO4
CaCO3
PbSO4
MgI2 KNO3
Na2CO
AgCl FeS
HgBr
ionbinding !
Die manier van werken kunnen we dan doortrekken naar onze vraagstelling, wat tevens de variatie bevordert. Weer enkele voorbeelden om dat te verduidelijken. 1.
Klassieke vraag: hoeveel atomen bevat een plaatje koper van 3 g?
Aangepaste vraag: We leggen een loodplaatje en een koperplaatje op tafel. We zorgen ervoor dat het kleinste plaatje de meeste atomen bevat. We vragen welk metaalplaatje de meeste atomen bevat. Welke kennis heb ik nodig om het probleem op te lossen? Welke gegevens heb ik nodig om het probleem op te lossen? Hoe geraak ik aan de nodige gegevens? Hoe bepaal ik de massa van de plaatjes? 2.
Al te vaak start men met rekenvraagstukken om stoichiometrische begrippen bij te
brengen. Voor sommige leerlingen is dat een te hoge opstap, waardoor ze afhaken. Nochtans zijn elementaire stoichiometrische problemen eenvoudig en op te lossen als men ze op een onderzoekende manier aanbrengt. Met volgende Excel-toepassing kan men op een eenvoudige manier hoeveelheden, overmaat, voor reactie, na reactie ... bijbrengen.
6
Stoichiometrie
Al te vaak start men met rekenvraagstukken om stoichiometrische begrippen bij te brengen. Voor sommige (vele?) leerlingen is dit een te hoge opstap, waardoor men uiteindelijk afhaakt bij dergelijke problemen. Nochtans zijn elementaire stoichiometrische problemen eenvoudig en zouden deze door de meeste leerlingen moeten begrepen worden. Met volgende Excel-toepassing kan men op een onderzoekende manier begrippen als stoichiometrische hoeveelheden, overmaat, ondermaat, … bijbrengen en toepassen. Schermafdruk van de Excel-toepassing: (de toepassing staat op cd)
Nadien zouden leerlingen in staat moeten zijn zijn omomvolgende problemen Na inoefening zouden leerlingen in staat moeten volgende problemen op te lossen: op te lossen. Gegeven volgende situatie:
a) b) c) d)
4
Stuurgroep Chemie - Eekhoutcentrum Kortrijk Dag van Chemie: Torhout, 8 maart 2008
8
Welke stof en hoeveel mol van deze stof is in overmaat aanwezig? Hoeveel mol van stof A reageert met 1 mol van stof B? Hoeveel mol van stof C wordt gevormd als 1 mol van stof B reageert? Omcirkel de reactievergelijking die overeenkomt met de grafiek? 2A+B 2C A+2B 2C A+2B C 2A+B C
Werken rond onderzoekscompetenties
Een competentie is een set van kennis, vaardigheden en attitudes die men in een bepaalde context hanteert. Wanneer men dus spreekt over onderzoekscompetenties dan gaat het over de geïntegreerde aanpak van kennis, vaardigheden en attitudes om via een onderzoek een bepaald onderzoeksprobleem op te lossen of te analyseren. De noodzakelijke kennis (of informatie) voor de onderzoeksopdracht kan men reeds bezitten (voorkennis) of maakt men zich eigen door het gericht verzamelen, ordenen en bewerken van informatie (ET 32). Het spreekt voor zich dat men hierbij ook moet beschikken over de nodige vaardigheden (ict-vaardigheden, opzoekvaardigheden, …) en attitudes (orde, stiptheid, nauwkeurigheid…) om deze informatie te verzamelen, te ordenen en te bewerken. Daarna gaat men aan de slag, waarbij men het onderzoek(je) voorbereidt, uitvoert en evalueert (ET 33). Tot slot worden de resultaten weergegeven in een verslag (rapport) (ET 34) Op deze nascholing willen we vooral focussen op ET 33. Hoe kunnen we leerlingen aanzetten om meer zelfstandig aan de slag te gaan? Ook hier kunnen we via kleinere opdrachten (vanaf het derde jaar tot het zesde jaar) tewerk gaan. Dit kan eventueel uitmonden in een grotere opdracht, een project waarbij de leerling zelfstandig een onderzoekje uitvoert.
4.1
Kleinere onderzoeksopdrachten
1
In welke oplossing is de concentratie zuur het grootst? Maak van een zuur twee oplossingen met verschillende concentratie (bvb. 0,1 mol/l en 1,0 mol/l HCloplossing). Onderzoeksprobleem (leraar) Je krijgt van een zuur twee oplossingen met een verschillende concentratie. Welke oplossing heeft de grootste concentratie? Onderzoeksvragen (leerlingen) -
Wat is de betekenis van zure oplossing en concentratie?
-
Wat heb ik nodig om de meest zure oplossing te bepalen?
-
Hoe voer ik mijn onderzoek uit? Stuurgroep Chemie - Eekhoutcentrum Kortrijk Dag van Chemie: Torhout, 8 maart 2008
9
