TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO

TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO

september 2006 LICAP – BRUSSEL D/2006/0279/049

TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS LICAP – BRUSSEL D/2006/0279/049 september 2006 (vervangt D/2004/0279/075 met ingang van september 2006) ISBN 978-90-6858-691-6

Vlaams Verbond van het Katholiek Secundair Onderwijs Guimardstraat 1, 1040 Brussel

Algemene inhoud

Lessentabel .............................................................................................................................................

5

TV Toegepaste biologie .........................................................................................................................

7

TV Toegepaste chemie ...........................................................................................................................

59

TV Toegepaste fysica ..............................................................................................................................

87

3de graad tso Techniek-wetenschappen

3 D/2006/0279/049

Lessentabel Pedagogische vakbenaming Minimum-maximum

uren/week

Administratieve vakbenaming

32-36

32-36

Godsdienst

2

2

AV Godsdienst

Aardrijkskunde

1

1

AV Aardrijkskunde

Engels

2

2

AV Engels

Frans

2-3

2-3

AV Frans

Geschiedenis

1

1

AV Geschiedenis

Lichamelijke opvoeding

2

2

AV Lichamelijke opvoeding

Nederlands

4

4

AV Nederlands

Wiskunde

6

6

AV Wiskunde

Toegepaste biologie m.i.v. laboratorium

3

2-3

TV Toegepaste biologie

Toegepaste chemie m.i.v. laboratorium

5-6

6

TV Toegepaste chemie

Toegepaste fysica m.i.v. laboratorium

4-5

4-5

TV Toegepaste fysica

Leerplannen in deze brochure

3de graad tso Techniek-wetenschappen Lessentabel

5 D/2006/0279/049

TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO TV TOEGEPASTE BIOLOGIE Eerste leerjaar: 3 uur/week Tweede leerjaar: 2-3 uur/week

3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste biologie

7 D/2006/0279/049

Inhoud 1

Beginsituatie..........................................................................................................9

2

Algemene doelstellingen ....................................................................................10

2.1 2.2 2.3 2.4

Het verwerven van fundamentele biologische inzichten ............................................................10 Het beheersen van de volgende technieken ................................................................................10 Het verwerven van een positief-wetenschappelijke probleemaanpak, gericht op de levende natuur ...............................................................................................................................................11 Het verwerven van een verantwoorde attitude tegenover de levende natuur ..........................11

3

Algemene pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen ........11

3.1 3.2

De wetenschappelijke methode.....................................................................................................11 Contexten.........................................................................................................................................12

4

Leerinhouden ......................................................................................................13

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

De cel................................................................................................................................................13 Stofwisselingsprocessen en hun regulatie ..................................................................................13 Microbiologie ...................................................................................................................................14 Voortplanting ...................................................................................................................................15 Erfelijkheid .......................................................................................................................................15 Evolutie ............................................................................................................................................16 Suggesties voor practica ...............................................................................................................16

5

Leerplandoelstellingen, leerinhouden en didactische wenken.......................16

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

De cel................................................................................................................................................16 Stofwisselingsprocessen en hun regulatie ..................................................................................19 Microbiologie ...................................................................................................................................25 Voortplanting ...................................................................................................................................27 Erfelijkheid .......................................................................................................................................30 Evolutie ............................................................................................................................................36 Suggesties voor practica ...............................................................................................................37

6

Evaluatie ..............................................................................................................48

6.1 6.2

Het evaluatiedomein .......................................................................................................................48 Kenmerken van goede toetsen ......................................................................................................50

7

Minimale materiële vereisten .............................................................................51

8

Bibliografie ..........................................................................................................52

8 D/2006/0279/049


1

Beginsituatie

De leerlingen van het eerste leerjaar van de derde graad in de studierichting “Techniek-wetenschappen” kunnen een sterk verschillende achtergrond voor biologie hebben. Vermoedelijk zullen de meeste leerlingen de basisoptie “Techniek-wetenschappen” in het tweede leerjaar van de eerste graad en de studierichting “Techniekwetenschappen” in de tweede graad gevolgd hebben. Leerlingen uit diverse studierichtingen van de tweede graad met goede wetenschappelijke basis, kunnen eveneens de studierichting “Techniek-wetenschappen” in de derde graad aanvatten. In de eerste graad vertrekt de leerling van observaties in een biotoop. Daarna verwerft hij een eerste inzicht in de bouw van zowel de zaadplant als van het zoogdier (met inbegrip van de mens) door macro- en microscopische observatie, gaande tot op het niveau van de cel. Eventueel komt de functionele bouw van andere gewervelde dieren aan bod. Daarna worden de levensverrichtingen voeding, voortplanting, ademhaling, uitscheiding en transport behandeld. In de scholen die in het tweede leerjaar voor twee lesuren biologie opteren, worden deze functies zowel bij gewervelde dieren als bij zaadplanten grondig bestudeerd. Indien in het tweede leerjaar slechts één lesuur biologie ingericht wordt, bestudeerd de leerling de laatste drie functies (ademhaling, uitscheiding en transport) alleen bij de zoogdieren en in hoofdzaak bij de mens. Gelijkenissen en verschillen van deze functies tussen zaadplanten en gewervelde dieren komen dan niet ter sprake omdat de tijd ontbreekt om deze proefondervindelijk aan te tonen. Het inzicht in deze functies is daarom beperkter. Daarenboven wordt niet uitgegaan van een biotoopstudie, zodat de leerling ook minder inzicht verwerft in het instandhouden van een natuurlijk evenwicht in en buiten het levend organisme. In het vak natuurwetenschappen (5 uur per week) in de basisoptie "Techniek-wetenschappen" werden op biologisch vlak de volgende onderwerpen behandeld: •

ordenen van levende wezens;

•

inleiding tot microscopie;

•

eenvoudige milieuaspecten.

In deze basisoptie wordt het experimenteel werk sterk benadrukt. De beginsituatie van de leerling die de tweede graad bereikt, kan dus sterk verschillen. Dit zal uiteraard gevolgen hebben in de tweede en de derde graad. In de tweede graad wordt het verschil in de verworven leerinhouden en vaardigheden nog groter en deze accumuleren met de voorgaande verschillen. In het eerste leerjaar van de tweede graad observeert de leerling de organismen tegen de achtergrond van een veranderend milieu. Proefondervindelijk onderzoekt hij hoe planten, dieren en de mens op die veranderingen reageren en hoe deze reacties in het organisme gecoördineerd worden. Hierdoor wordt voorlopig een einde gemaakt aan de systematische studie van de verschillende levensverrichtingen. Deze studie vormt een afgerond geheel. De leerstof van het tweede leerjaar vormt in zekere zin een afzonderlijk geheel, maar is toch noodzakelijk om, op een inzichtelijke wijze, de leerstof van de derde graad te verwerven. In dit tweede leerjaar zoekt de leerling naar een zinvol classificatiesysteem van planten, gebaseerd op normen of criteria die niet steeds absoluut zijn. Dieren worden vervolgens geordend en geclassificeerd in een gegeven systeem. Het plantenrijk en het dierenrijk worden aangevuld met het rijk van de zwammen, het rijk van de eencellige organismen en dit van de prokaryoten. Verder onderzoekt hij de verschillende mogelijkheden waardoor individuen met elkaar in relatie staan, en dit voor individuen zowel van dezelfde soort als van verschillende soorten. De leerling stelt vast dat die relaties tot een gezond evenwicht in de natuur leiden en dat dit gemakkelijk door de mens kan verstoord worden. De grondbeginselen hiervan werden reeds bestudeerd in de basisoptie " Techniek-wetenschappen " in het tweede leerjaar van de eerste graad. De leerlingen die in de tweede graad de studierichting "Techniek-wetenschappen" volgden, kregen nog een bijkomend uur laboratorium afgestemd op de lessen theorie. Een aantal leerlingen kunnen inhoudelijke tekorten vertonen op het gebied van de vergelijkende studie van ademhaling, uitscheiding en transport bij andere organismen dan de mens.


9 D/2006/0279/049

Sommigen kunnen ook minder achtergrondkennis hebben ten opzichte van andere leerlingen over: •

biotoopstudie met kennis van enkele lagere planten en dieren;

•

classificatie van planten en dieren;

•

onderlinge relaties van planten en dieren en hun milieu.

Tenslotte zullen leerlingen, die in de tweede graad niet de richting “Techniek-wetenschappen” gevolgd hebben, wat achterstand hebben in vaardigheden bij practica.

2

Algemene doelstellingen

De algemene doelstellingen biologie omvatten uiteraard cognitieve, psychomotorische en dynamisch-affectieve componenten. Deze doelstellingen dienen verwezenlijkt te zijn op het einde van het tweede leerjaar van de derde graad.

2.1

Het verwerven van fundamentele biologische inzichten

•

De eenheid van de levende wezens zien in hun complexiteit van vormen. Deze eenheid gaat terug op de chemische samenstelling, de cellulaire opbouw en de specifieke levensfuncties als voeding, ademhaling, transport, voortplanting, groei en ontwikkeling.

•

Inzicht verwerven in de wijze waarop biologisch evenwicht wordt bereikt in de organismen zelf (homeostase) en tussen de organismen en hun milieu.

•

Inzichten verwerven in de erfelijkheid: erfelijkheidswetten, chromosoomstructuur, functie van de genen en vertalen van de genetische informatie, biotechnologie.

•

Argumenten formuleren voor de evolutietheorie.

•

In de evolutie de toename in organisatiegraad herkennen bij de soorten die in de loop van de tijden uit elkaar zijn ontstaan. In dit verband eveneens meer inzicht verwerven in het onafhankelijk worden van organismen ten opzichte van het milieu.

•

De unieke situatie van de mens in de natuur beseffen en de belangrijke plaats die hij daarin bekleedt, aantonen.

2.2

Het beheersen van de volgende technieken

•

Observatietechnieken: gebruik van loep en vooral van microscoop, waarbij de waarnemingen kunnen vastgelegd worden in schetsen.

•

Maken van eenvoudige preparaten.

•

Kwalitatieve en kwantitatieve analyses uitvoeren.

•

Opstellen van proefapparatuur; volgen en controleren van het proefverloop.

•

Meettechnieken uitvoeren voor lengte, oppervlakte, volume, massa, temperatuur, lichtintensiteit, tijd, pH.

•

Vastleggen van biologische gegevens in tabellen en grafieken; dergelijke tabellen en grafieken interpreteren.

•

ICT verantwoord gebruiken.

10 D/2006/0279/049


2.3

Het verwerven van een positief-wetenschappelijke probleemaanpak, gericht op de levende natuur

Dit betekent: •

zien en formuleren van een probleem;

•

opstellen van een hypothese;

•

toetsen van de hypothese aan de werkelijkheid door middel van experimenten;

•

logisch beredeneren van de vaststellingen;

•

formuleren van besluiten die geconfronteerd worden met het uitgangspunt of met het hoofdprobleem, waarbij verbanden worden gelegd.

Dit impliceert enerzijds een aantal onderzoeksvaardigheden en oefent anderzijds de attitude om een gegeven probleem wetenschappelijk te benaderen.

2.4

Het verwerven van een verantwoorde attitude tegenover de levende natuur

Deze omvat: •

aandacht en eerbied voor levende wezens;

•

verantwoordelijkheid voor eigen leven en voor het voortbestaan van de soort (hygiëne, erfelijkheid, eugenetica, bio-ethiek);

•

individuele en collectieve milieuverantwoordelijkheid; interesse voor het gevoerde en het te voeren milieubeleid;

•

vanuit de biologie doordringen in problemen met sociale en ethische dimensie zoals: voedselprobleem, alcoholisme, druggebruik, luchtverontreiniging, voortplanting, erfelijkheid, biotechnologie.

3

Algemene pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen

3.1

De wetenschappelijke methode

In de derde graad staan algemene biologische inzichten centraal. Het is aan te raden zoveel mogelijk uit te gaan van directe observatie of waarneming van levend of bewaard materiaal, eerst op microscopisch niveau om dan geleidelijk de studie op elektronenmicroscopisch niveau en soms tot op moleculair niveau voort te zetten. Na dit onderzoek van levend of bewaard materiaal kan verder stapsgewijze geabstraheerd worden door gebruik te maken van een driedimensionaal model, een dia, een plaat of een schets. Het zelfstandig tekenen kan voor de leerling een hulp zijn in het voorstellen van structuren: één duidelijke figuur kan soms meer zeggen dan duizend woorden. Door gebruik te maken van aangepast didactisch materiaal kunnen de lessen veel verlevendigd worden en zal de motivatie van de leerlingen aangescherpt worden. In de lessen biologie kan ruim gebruikgemaakt worden van levend materiaal, preparaten, driedimensionale modellen, structuren ... dingen die een leerboek nooit kan bieden. Tenslotte kan als laatste fase van abstractie de opgedane kennis verbaal geformuleerd worden. De leraar benoemt de geziene structuren. Waarnemingen, besluiten en afgeleide inzichten worden samen met de leerlingen geformuleerd.


11 D/2006/0279/049

Het zal niet altijd mogelijk zijn deze stapsgewijze methode te volgen; toch staat de geleidelijke overgang van concreet naar abstract, van macroscopisch naar microscopisch en submicroscopisch, garant voor het vormen van inzicht in structuur en functie van de levende materie. De directe waarneming blijft de steunpilaar van de methode. Dit betekent dat de studie van elke leerinhoud vertrekt van concreet materiaal. Onder de rubriek vaardigheden (2.3) werd reeds uiteengezet dat van de leerlingen verwacht wordt dat ze zich de natuurwetenschappelijke methode eigen maken. Logischerwijze zal de leraar deze methode hanteren bij de uitwerking van de leerstof. Functies en inzichten worden dan ook afgeleid door experimenten in de klas, gedachteexperimenten of weergave van het onderzoek dat door wetenschappers gebeurde.

3.2

Contexten

Bij de uitwerking van het leerplan kunnen enkele van de volgende contexten geïntegreerd worden: •

•

•

De levende cel en voortplanting −

De cel als bouwsteen

−

Informatieoverdracht binnen de cel

−

Voortplanting en vruchtbaarheid

−

Voortplanting bij de mens

−

Regeling van de vruchtbaarheid

−

Seksualiteit en vruchtbaarheid

−

Mens en erfelijkheid

−

Overdracht van erfelijke kenmerken

−

Genetische diagnostiek

Mens en evolutie −

Evolutieleer

−

Evolutie en biodiversiteit

−

Ontstaan van de mens

−

Actuele ontwikkelingen

−

Biotechnologie

−

Voortplantingstechnieken

−

Evolutieleer

Biologie en samenleving −

Historische en conceptuele ontwikkeling

−

Genese en acceptatie van theorieën en begrippen

−

Wisselwerking tussen biologie, techniek en leefomstandigheden

−

Neveneffecten van biologische toepassingen

−

Sociale en ecologische gevolgen van biologische toepassingen

−

Invloed van economische en ecologische belangen

−

Biologie en filosofie

12 D/2006/0279/049


−

Biologie en cultuur

−

Ethische dimensie van biologie

4

Leerinhouden

Opmerkingen: •

Leerinhouden die in uitbreiding behandeld kunnen worden, zijn met een (U) aangeduid.

•

Minstens 1/3 van de beschikbare lestijden wordt besteed aan practica, gespreid over de leerstof.

4.1

De cel

4.1.1

Functionele morfologie van de cel

•

Practicum: microscopische structuur van cellen

•

Submicroscopische structuren in cellen en hun functie

•

Onderscheid tussen plantaardige en dierlijke cellen

4.1.2

Processen van stofuitwisseling tussen cellen en hun milieu

•

Passief transport

•

Actief transport

4.1.3

Cellen in verband

•

Structuur van meercellige eukaryoten: cel, weefsel, orgaan, orgaansystemen

•

Betekenis van celdifferentiatie bij meercellige organismen

4.2

Stofwisselingsprocessen en hun regulatie

4.2.1

Belang van materie en energie

•

•

Fotosynthese −

Bouw en werking van een chloroplast

−

Opbouw van sachariden

−

Factoren die fotosynthese beïnvloeden

−

Chemosynthese (U)

Heterotrofie −

Cellulaire vertering: werking van lysosomen

−

Aanmaak, bouw, functie en werking van enzymen

−

Vertering en absorptie van sachariden, lipiden en proteïnen in het darmkanaal (U)

−

Vertering als noodzakelijke stap voor heterotrofie


13 D/2006/0279/049

•

•

Ademhaling −

Celademhaling: vorming van ATP door mitochondriën

−

Respiratorisch quotiënt (U)

−

Aanpassingen van gasuitwisselingsstructuren aan hun functie (U)

Gisting: alcoholische gisting en melkzuurgisting

4.2.2 •

•

•

•

Homeostase

Homeostatische functies van bloed en lymfe −

Functies van het bloed in de homeostase

−

Regeling van de bloeddruk

−

Bloedstolling

−

Het lymfatische systeem

−

Functies van de lymfe in de homeostase

Homeostatische functies van de nier (U) −

Microscopische bouw van de nier

−

Functies en werking van de nieren

Homeostatische functies van de lever (U) −

Microscopische bouw

−

Functies

−

Rol in de homeostase

Thermoregulatie (U)

4.2.3

Afweer tegen lichaamsvreemde stoffen: immuniteit

•

Bloedgroepen

•

Antigeen – antilichaamvorming

•

Besmetting en infectie

•

Vaccinatie

•

Biosociaal probleem

4.3

Microbiologie

•

Morfologie van bacteriën

•

Groei van bacteriën

•

Bacteriecultuur

•

Betekenis van bacteriën

14 D/2006/0279/049


4.4

Voortplanting

4.4.1

Celdeling

•

Structuur en duplicatie van DNA

•

Mitose en meiose

4.4.2


•

Bouw van het mannelijke en vrouwelijke voortplantingsstelsel

•

Hormonale regeling bij de vorming en de rijping van de voortplantingscellen

•

Bevruchting, beginselen van embryologie, geboorte

•

Regelingsfactoren van de vruchtbaarheid

•

Seksueel overdraagbare aandoeningen (aids, syfilis ...)

•

Biosociaal probleem

4.5

Erfelijkheid

4.5.1

Klassieke genetica

•

Begrippen variabiliteit, modificatie, fenotype en genotype

•

Mono- en dihybride kruising

•

Vormen van polygenie en multipele allelen

•

Gekoppelde genen, crossing-over

•

Erfelijkheid van het geslacht, geslachtsgebonden erfelijkheid

4.5.2

Moleculaire genetica

•

Eiwitsynthese

•

Genexpressie (U)

4.5.3

Mutaties

•

Soorten

•

Oorzaken

4.5.4

Biotechnologie

•

Isolatie van DNA

•

Replicatie van DNA

•

DNA-sequentieanalyse


15 D/2006/0279/049

•

Identificatie van DNA

•

Manipulatie van erfelijke informatie

4.6

Evolutie

•

Argumenten voor evolutie

•

Evolutietheorieën

•

Evolutie van de mens

4.7

Suggesties voor practica

5

Leerplandoelstellingen, leerinhouden en didactische wenken

Opmerkingen: •

Leerinhouden die in uitbreiding behandeld kunnen worden, zijn met een (U) aangeduid.

•

Minstens 1/3 van de beschikbare lestijden wordt besteed aan practica, gespreid over de leerstof.

5.1

De cel

5.1.1

Functionele morfologie van de cel

•

Practicum: microscopische structuur van cellen

•

Submicroscopische structuren in cellen en hun functie

•

Onderscheid tussen plantaardige en dierlijke cellen

LEERPLANDOELSTELLINGEN

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN

1

In een practicum kunnen leerlingen verschillende celtypes (of soorten cellen) met hun structuren observeren. Door observatie van ui-, waterpest-, en mondepitheelcellen … kunnen de leerlingen de verschillen afleiden tussen plantaardige en dierlijke cellen. Tevens kunnen ze vaststellen dat de cel als morfologische basisstructuur fungeert. Een eenvoudige schets van een dierlijke en een plantaardige volstaat.

Door microscopisch onderzoek van plantencellen en dierlijke cellen de afmetingen schatten van cellen en observeerbare structuren; die structuren ordenen, schematisch voorstellen, benoemen en verschillen weergeven.

Enkele suggesties vind je onder practicum 1 'Microscopische studie van cellen'. 2

Op elektronenmicroscopische foto’s en schema’s van plantencellen en dierlijke cellen submicroscopisch waarneembare celstructuren aanduiden, benoemen, de functies verwoorden en verschillen tussen beide cellen weergeven.

16 D/2006/0279/049

Op het Internet kan gezocht worden naar elektronenmicroscopische foto’s. Hieraan kan een ict-opdracht gekoppeld worden. Het is belangrijk dat leerlingen inzien dat cellen driedimensionaal zijn en dat ze inzicht krijgen in de functies van celorganellen en hun coherentie, waardoor een cel grotendeels autonoom haar levensfuncties kan vervullen. 3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste biologie

Waar mogelijk, kan verwezen worden naar eigenschappen van organellen die ook op macroniveau waarneembaar zijn, zoals bv. kleur van chromo- en chloroplasten, smaakstoffen in vacuolen … Indien de gelegenheid zich voordoet is het interessant een bezoek te brengen aan een wetenschappelijk instituut dat beschikt over een elektronenmicroscoop. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 2 'Submicroscopische structuur van cellen'. 3

Op elektronenmicroscopische foto’s vaststellen dat de meeste celorganellen door membranen begrensd zijn en de bouw van een eenheidsmembraan schematisch weergeven.

5.1.2

Het is niet de bedoeling erg diep in te gaan op de biochemische structuur van membranen. Het is voldoende dat de leerlingen beseffen dat de moleculen aan één zijde hydrofiel en aan de andere hydrofoob zijn om de eigenschappen van eenheidsmembranen uit te leggen. De functies van membranen kunnen later aan bod komen.

Processen van stofuitwisseling tussen cellen en hun milieu

•

Passief transport

•

Actief transport



4

Door een onderwijsleergesprek kan met leerlingen gezocht worden naar factoren (grootte van de moleculen, lading, concentratie ) die de doorgang van stoffen doorheen een membraan beïnvloeden. Hier kan verwezen worden naar de lessen chemie. De fysische processen diffusie en osmose kunnen worden opgefrist. Voorbeelden ervan bij organismen worden behandeld. Als voorbeeld van actief transport kan resorptie van glucose in de nierkanaaltjes, de Na+-K+-pomp in zenuwcellen of resorptie van sommige voedingsstoffen doorheen de darmwand besproken worden. Er kan verwezen worden naar de bouw van een membraan, waardoor de rol van sommige eiwitten (carriers, kanaaleiwitten) in het membraan duidelijk wordt. Hieraan kan een ICT -opdracht gekoppeld worden.

Passief en actief transport van stoffen doorheen een (cel-)membraan omschrijven, factoren die dit transport beïnvloeden verklaren en van elk type voorbeelden bij organismen geven.

Suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 3 'Diffusie en osmose'. 5

Aan de hand van voorbeelden een inhoud formule- Vertrekkend van een waarneming op levende cellen ren voor de begrippen endo- en exocytose. (amoebe, pantoffeldiertje ...), op video, op Internet, op een microscopische foto en/of op een schets kunnen de begrippen endocytose (fagocytose, pinocytose) en exocytose aangebracht worden. Het belang van het Golgi-apparaat voor exocytose wordt besproken.


17 D/2006/0279/049

5.1.3

Cellen in verband

•

Structuur van meercellige eukaryoten: cel, weefsel, orgaan, orgaansystemen

•

Betekenis van celdifferentiatie bij meercellige organismen

LEERPLANDOELSTELLINGEN 6


Op micropreparaten verschillende celtypen aan- Zowel op micropreparaten van plantaardig (bv. stenduiden, het begrip weefsel omschrijven en weef- geldoorsnede, worteldoorsnede, worteltop ...) en van sels benoemen. dierlijk materiaal (spier, been, ruggenmerg, nier, slagader ...) wordt de verscheidenheid aan celtypen vastgesteld. Er wordt gewezen op de groepering ervan. De verschillende groeperingen worden als weefsels aangeduid en benoemd. Het is niet de bedoeling van een systematische indeling van de weefsels te geven. Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 4 'Microscopische studie van weefsels'.

7

Celtypen als aanpassingen aan hun functie verkla- Van enkele celtypen (bv. zenuwcellen, spiercellen, ren. rode bloedcellen, parenchym, houtvaten ...) worden de kenmerken als aanpassingen verduidelijkt.

8

Een betekenis van celdifferentiatie voor een orga- Er kan op gewezen worden dat in massieve organisnisme geven. men cellen die binnenin liggen moeilijk aan voedingsstoffen en zuurstofgas geraken, moeilijk hun eindproducten kwijt kunnen ... Er is bijgevolg nood aan functieverdeling en dus aan specialisatie. De functieverdeling veronderstelt ook een goede coördinatie.

9

De opbouw van een organisme als een geheel van Na de microscopische waarnemingen op cellen en cellen, weefsels, organen en orgaansystemen weefsels kunnen de begrippen orgaan en stelsel aan (stelsels) verwoorden. de hand van voorbeelden aangebracht worden. Er wordt verduidelijkt dat die laatste begrippen eerder kunstmatig zijn en een gestructureerde studie van een organisme mogelijk maken. Tenslotte wordt als synthese gegeven dat de belangrijke realiteit het goed functionerende organisme is, waarin de coördinatie leidt tot het voortbestaan van individu en soort. De centrale vraag is hoe levende wezens aan hun energie geraken en hoe de energieflow in elkaar steekt. De rol van ATP als energietransporteur wordt hier benadrukt.

18 D/2006/0279/049


5.2

Stofwisselingsprocessen en hun regulatie

5.2.1

Belang van materie en energie

•

Fotosynthese −

Bouw en werking van een chloroplast

−

Opbouw van sachariden

−

Factoren die fotosynthese beïnvloeden

−

Chemosynthese (U)



10 Aantonen hoe de submicropische structuur van In de 1ste graad werd de fotosynthese van planten een bladgroenkorrel aan fotosynthese is aange- proefondervindelijk onderzocht; zo werd de functie past. van de fotosynthese vastgesteld. Nadien werden de structuren van het blad en hun aanpassingen aan de 11 Het biochemische proces van de fotosynthese functie bestudeerd. Hoe de fotosynthese in de bladschematisch weergeven. groenkorrel verloopt, werd niet behandeld. Dit is nieuw en vraagt een studie van de submicroscopische structuur van de bladgroenkorrel. Het biochemische proces wordt uiteindelijk schematisch voorgesteld. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 5 'Fotosynthese'. 12 Factoren die fotosynthese beïnvloeden experimen- Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. teel onderzoeken zoeken en verklaren. Enkele suggesties vind je onder practicum 5 'Fotosynthese'. 13 Een voorbeeld van chemosynthese bespreken. (U) Nitrificerende bacteriën, ijzerbacteriën of kleurloze zwavelbacteriën kunnen hier als voorbeeld besproken worden. •

Heterotrofie −

Cellulaire vertering: werking van lysosomen

−

Aanmaak, bouw, functie en werking van enzymen

−

Vertering en absorptie van sachariden, lipiden en proteïnen in het darmkanaal (U)

−

Vertering als noodzakelijke stap voor heterotrofie



14 Een indeling van belangrijke voedselbestanddelen Een sterk vereenvoudigde voorstelling van deze ma(sachariden, eiwitten en vetten) geven en hun cromoleculen volstaat. structuur schematisch weergeven. 15 De functie van lysosomen in cellulaire afbraak, vertering en voeding bespreken.


19 D/2006/0279/049

16 Experimenteel vaststellen dat enzymen reacties katalyseren, dat hun werking beïnvloed wordt door o.a. temperatuur en pH en die invloeden grafisch voorstellen.

Uit eenvoudige proeven kunnen leerlingen afleiden dat enzymen de omzetting van stoffen beïnvloeden. De werking van enzymen als biokatalysatoren kan vergeleken worden met de werking van katalysatoren uit de anorganische chemie (bv. MnO2 ). Deze doelstelling kan in een practicum verwezenlijkt worden. Ook met de computer kan de invloed van diverse factoren op een enzymatische reactie gesimuleerd worden en zelfs met real-time-metingen onderzocht worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 6 'Enzymen'.

17 Experimenteel vaststellen dat enzymen uit eiwitten bestaan en dat hun specifieke werking hiermee verband houdt. De enzymwerking schematisch voorstellen.

Er kan experimenteel worden vastgesteld dat elk enzym slechts één specifieke reactie katalyseert (sleutel-slot-principe). Omdat enzymatische reacties dynamische processen zijn, kan hierbij gebruikgemaakt worden van modellen of van ict-animaties. Een voorbeeld van de functie van vitaminen als coënzymen kan aangebracht worden. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 6 'Enzymen'

18 Afleiden dat alle biochemische reacties door enzy- Wie over een plaat beschikt waarop een overzicht van men gekatalyseerd worden. (U) de biochemische reacties geboden wordt, kan gemakkelijk aantonen dat alle reacties door (specifieke) enzymen gekatalyseerd worden. 19 Verwoorden wat de betekenis is van een inhibitor Als voorbeeld kan de werking van CO op het cytovoor de enzymatische werking. (U) chroomsysteem aangehaald worden. De invloed van een inhibitor kan grafisch voorgesteld worden. 20 Een eenvoudig schematisch overzicht geven van De afbraak van sachariden, eiwitten en vetten kan de vertering en absorptie van sachariden, lipiden door middel van een stroomschema voorgesteld woren proteïnen in het darmkanaal. (U) den. De leerlingen komen tot het inzicht dat niet alle stoffen volledig worden afgebroken en dat een restfractie het lichaam verlaat. Ook hier is het inzicht dat voedselbestanddelen enzymatisch worden afgebroken belangrijker dan een reproductie van feiten en reacties. Tenslotte wordt een schematisch overzicht gegeven van de absorptie van voedingsstoffen en van wat hiermee in het lichaam gebeurt. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 7 'Vertering van het voedsel’. 21 De vertering als noodzakelijke stap voor heterotrofie verduidelijken.

20 D/2006/0279/049


•

Ademhaling −

Celademhaling: vorming van ATP door mitochondriën

−

Respiratorisch quotiënt (U)

−

Aanpassingen van gasuitwisselingsstructuren aan hun functie (U)



22 Verwoorden hoe organismen energie vrijmaken en Uit de beschrijving van een experiment, waarbij een die energie in biologisch bruikbare energie (ATP) proefdier radioactieve glucose wordt toegediend, kunomzetten. nen leerlingen afleiden dat uitgeademde CO2 uit de voedingsstoffen afkomstig is. Glucose is een energie23 Het proces van de celademhaling in de cel lokalise- rijke stof, maar kan niet rechtstreeks energie leveren. ren en dit biochemische proces schematisch weerHet moet eerst geoxideerd worden waarbij de energie geven. trapsgewijs in ATP wordt vastgelegd. De rol van ATP als universele energiedrager wordt hierbij belicht. Het ingewikkelde biochemische proces van de celademhaling wordt zeer eenvoudig geanalyseerd. Er kan gewezen worden op elektrische energie bij zenuwgeleiding, mechanische energie bij beweging, chemische energie bij synthese van lichaamseigen stoffen. 24 Een verband formuleren tussen het respiratorisch Dit kan met een labo-oefening worden gerealiseerd. quotiënt en de aard van het verademde substraat. (U) Enkele suggesties vind je onder practicum 8 'Gasuitwisseling, ademhaling en gisting’. 25 Aanpassingen van gasuitwisselingsstructuren aan Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. hun functie vergelijken bij organismen uit verschillende milieus. (U) Enkele suggesties vind je onder practicum 8 ‘Gasuitwisseling, ademhaling en gisting’. •

Gisting: alcoholische gisting en melkzuurgisting



26 Een inhoud formuleren voor het begrip gisting of Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. fermentatie en het verloop ervan schematisch voorstellen. Enkele suggesties vind je onder practicum 8 ‘Gasuitwisseling, ademhaling en gisting’ De omzetting van pyrodruivenzuur met NADH + H+ tot melkzuur door melkzuurbacteriën kan theoretisch besproken worden.

5.2.2 •

Homeostase

Homeostatische functies van bloed en lymfe −

Functies van het bloed in de homeostase

−

Regeling van de bloeddruk

−

Bloedstolling


21 D/2006/0279/049

−

Het lymfatische systeem

−

Functies van de lymfe in de homeostase



27 De samenstelling van het bloed schematisch weer- De samenstelling van het bloed moet enkel gezien geven en de functie van de componenten verwoor- worden als een bondige herhaling van een aantal den. leerstofonderdelen van de 1ste graad. De functies moeten eerder als inleiding tot het begrip homeostase worden gezien. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 9 ‘Bloed en lymfe’. 28 Een inhoud geven aan het begrip homeostase. 29 De bloeddrukregeling als voorbeeld van een terug- Het voorbeeld van de bloeddrukregeling wordt aankoppelingssysteem in verband met de homeostati- gegrepen om het algemene principe van terugkoppesche functie van het bloed bespreken. lingssystemen uit te leggen. Met een gesloten, met water gevuld rubberen buizensysteem waarop een manometer is aangesloten, kan men het principe van vaatvernauwing en drukverhoging demonstreren door op de rubberen buis te knijpen. Rond dit thema kan een practicum uitgebouwd worden: het meten van de bloeddruk, bouw en werking van het hart en bloedvaten … Enkele suggesties vind je onder practicum 9 ‘Bloed en lymfe’. 30 Enkele andere voorbeelden van terugkoppelings- Men kan nadruk leggen op het feit dat door een comsystemen eenvoudig weergeven. plex systeem van verschijnselen, het lichaam erin slaagt de samenstelling van het bloed zo constant mogelijk te houden en vice versa. Zo moet de pH, de temperatuur, het zuurstofgehalte, de bloedsuikerspiegel, het calciumgehalte, het ijzergehalte, de hormonenbalans ... fluctueren rond bepaalde waarden. Het bloed speelt een essentiële rol om het lichaam in een soort evenwichtige toestand te houden. 31 Uitleggen hoe door bloedstolling bloedverlies be- Hier volstaat het de rol van bloedplaatjes, fibrinogeen perkt kan worden en enkele factoren die noodzake- en calcium in de bloedstolling te bespreken. lijk zijn voor de bloedstolling toelichten. Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 9 ‘Bloed en lymfe’. 32 Bouw en functie van het lymfevatenstelsel met Bouw en functie van bloed- en lymfevatenstelsel kunlymfeknopen beschrijven. nen hierbij vergeleken worden. Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 9 ‘Bloed en lymfe’.

22 D/2006/0279/049


33 Organen van het lymfatische systeem opnoemen De lymfefollikels van het maagdarmkanaal, de amanen op een schema lokaliseren. delen, de lymfeknopen van het lymfevatenstelsel, de witte pulpa van de milt en de thymus worden op een schema gelokaliseerd en als deel van het lymfatische systeem aangeduid. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 9 ‘Bloed en lymfe’. 34 De rol van het lymfatische systeem in de homeo- Het draineren van het overtollige weefselvocht en de stase aangeven. afweer van het lichaam behoren tot de belangrijkste functies van het lymfatische systeem. De werking van het immuunsysteem komt later nog uitvoerig aan bod.

•

Homeostatische functies van de nier (U) −

Microscopische bouw van de nier

−

Functies en werking van de nieren



35 De microscopische bouw van een nier op een Op een micropreparaat van een nierdoorsnede kunschema verduidelijken. (U) nen de delen onderscheiden worden. Daarna wordt de bouw met een schema verduidelijkt. Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 10 ‘Excretie’. 36 De functie van de nieren in verband met het con- Aan de hand van een schets van een nefron bestant houden van de bloedsamenstelling beschrij- spreekt men de werking van de nieren (vorming van ven. (U) voorurine, de reabsorptie en het ontstaan van urine). Daarbij kan de samenstelling van urine besproken worden. Men kan van de algemene werking van de nieren overgaan naar de homeostatische functie. De rol van hormonen in die regulerende werking kan hier aan bod komen. Andere relaties kunnen gelegd worden in verband met nierdialyse en het ontstaan van nierstenen. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 10 ‘Excretie’.

•

Homeostatische functies van de lever (U) −

Microscopische bouw

−

Functies

−

Rol in de homeostase


23 D/2006/0279/049



37 Microscopische bouw van de lever op een schema Op een micropreparaat van een leverdoorsnede kunverduidelijken. (U) nen de delen onderscheiden worden. Daarna wordt de bouw met een schema verduidelijkt. 38 De functie van de lever in verband met het con- Men kan de lever vergelijken met een grote chemistant houden van de bloedsamenstelling beschrij- sche fabriek waarin een groot aantal stoffen wordt ven. (U) omgezet, afgebroken, opgeslagen of geproduceerd. De functies die kunnen aan bod komen zijn: suikerstofwisseling, vetstofwisseling, eiwitstofwisseling, detoxificatie, opslag, warmte- en galproductie. Er kan hier verwezen worden naar overmatig alcoholgebruik en leverdegeneratie, hepatitis …

•

Thermoregulatie (U)



39 De samenstelling van zweet bespreken. (U)

Het is zeker niet de bedoeling de bouw van de huid in detail te bespreken. De aandacht gaat voornamelijk naar de wisselwerking tussen de bloedvaten (gelegen in de huid) en de zweetklieren.

40 Factoren bespreken die de samenstelling en af- Er kan verwezen worden naar: scheiding van zweet beïnvloeden. (U) – de verandering in bloedsamenstelling en de weerslag op de zweetsamenstelling bv. na inname van medicatie; –

de regeling van de zweetafscheiding (afhankelijk van de temperatuur van het bloed), door het verlengde merg;

–

de invloed van psychische factoren: we kunnen transpireren van angst.

41 De functie van de huid als warmteregulator be- Er kan verwezen worden naar volgende verschijnseschrijven. (U) len: felle transpiratie bij intense lichaamsactiviteit en kippenvel bij koude.

5.2.3

Afweer tegen lichaamsvreemde stoffen: immuniteit

•

Bloedgroepen

•

Antigeen – antilichaamvorming

•

Besmetting en infectie

•

Vaccinatie

•

Biosociaal probleem

24 D/2006/0279/049




42 Verklaren waarop de indeling van bloedgroepen in Het is zeker niet de bedoeling hier de erfelijkheid van het ABO- en resussysteem steunt. bloedgroepen te bespreken, maar men kan aanhalen dat bloedgroepen erfelijk zijn. Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 10 ‘Bloed en lymfe’. 43 Het belang van de resusfactor bij zwangerschap verklaren. (U) 44 Inhoud geven aan de begrippen besmetting, infec- Die begrippen worden aan de hand van concrete tie, pathogeen vermogen en afweer. voorbeelden uitgelegd. 45 De twee afweersystemen (niet-specifieke en speci- Men kan wijzen op het falen van het immuunsysteem fieke) waarover een organisme beschikt, omschrij- bij aids en bij allergieën, op afstotingsverschijnselen ven en schematisch voorstellen. bij orgaantransplantaties, op afweer tegen ontaarde cellen (bv. kankercellen) en op auto-immuunziekten. 46 Verklaren hoe een vaccinatie een infectie kan Eventueel kan vanuit een historische context vertrokvoorkomen. ken worden (koepokvirus) om het belang en het mechanisme van de vaccinatie aan te brengen. 47 Verklaren hoe antibiotica verantwoord gebruikt Enkele voorbeelden van de werking van antibiotica kunnen worden. (bv. penicilline) kunnen besproken worden. Het belang van het correct innemen van antibiotica wordt benadrukt. Op basis van de informatie op de bijsluiters van geneesmiddelen kan een onderscheid gezocht worden tussen geneesmiddelen die zuiver symptoom- bestrijdend zijn en andere die gericht zijn tegen de ziekteverwekker. 48 Een biosociaal probleem in verband met de immu- Enkele mogelijke onderwerpen zijn: niteit bespreken. – aids; –

ziekenhuisresistentie;

–

antibioticagebruik in de veeteelt;

–

…

Het behandelen van een biosociaal probleem biedt een mogelijkheid om leerlingen zelfstandig opzoekingswerk of ook leerlingenonderzoek te laten uitvoeren en geeft zeker kansen om ICT te gebruiken.

5.3

Microbiologie

•

Morfologie van bacteriën

•

Groei van bacteriën

•

Bacteriecultuur

•

Betekenis van bacteriën


25 D/2006/0279/049



49 Een schematische voorstelling van een bacteriële Er kan vertrokken worden van elektronen- microscocel tekenen en de functie van de delen noteren. pische foto’s en op een schets worden de delen benoemd. 50 De submicroscopische bouw van een bacteriële cel vergelijken met die van een eukaryote cel. 51 Tijdens een practicum de vaardigheden van asep- De basistechnieken van het aseptisch werken worden tisch werken met bacteriën verwerven en conse- aangebracht en moeten toegepast worden bij alle quent toepassen. volgende praktische oefeningen. Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’. 52 De verschillende vormen van steriliseren opnoe- Een aantal sterilisatietechnieken kan bij praktische men en vergelijken. oefeningen toegepast worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’. 53 Door toepassen van kleuringen bacteriën onder- Men kan vertrekken van hooiculturen of van verse scheiden. (levende) yoghurt om kleuringen uit te voeren. Men zou toch minstens een enkelvoudige kleuring (met bv. Löfflers methyleenblauw, kristalviolet ... ) en de Gramkleuring moeten uitvoeren. Bij onderzoek van tandflora met bv. een negatieve kleuring (met nigrosine of Oost-Indische inkt) kunnen soms spirillen waargenomen worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’. 54 Op een groeicurve de verschillende fasen van de Aan de hand van de turbiditeit kan de ontwikkeling levenscyclus van een bacterie aanduiden en het van een bacteriecultuur gevolgd worden. De groeicurbelang van de exponentiële fase benadrukken. ve ervan wordt bestudeerd. Men berekent het aantal bacteriën dat onder optimale omstandigheden na een bepaald tijdsverloop uit de vermenigvuldiging van één bacterie met een bepaalde ontdubbelingstijd kan ontstaan. Uit die berekening zal duidelijk de noodzaak van strenge veiligheidsnormen in een microbiologisch laboratorium blijken. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’. 55 Oorzaak en betekenis van sporenvorming ver- Sporenvorming kan men bekomen door sporenvorwoorden. mende reinculturen te laten verouderen (bv. door een tweetal weken te laten staan ) en er dan een sporenkleuring op uit te voeren. Men kan ook gebruikmaken van een gevriesdroogde cultuur van Bacillus subtilis (te verkrijgen in de apotheek) die bij diarree kan ingenomen worden om de darmflora te herstellen. Het gevaar voor sporenvorming in de voeding (bij het terug invriezen van ontdooid voedsel) kan men gemakkelijk aantonen. Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’.

26 D/2006/0279/049


56 Steriele voedingsbodem maken en beënten.

Bij het bereiden en steriliseren van een voedingsbodem leren de leerlingen de principes van het kweken van micro-organismen in de praktijk toepassen. Men kan enttechnieken aanleren door gebruik te maken van kolonies die uit lucht of grond geïsoleerd worden; men kan ook een microbiologische vergelijking maken tussen steriel water, leiding- en slootwater of het effect van pasteuriseren van melk en UHT-behandeling van melk nagaan ... Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’.

57 Invloed van temperatuur, pH, osmotische druk en Het effect van verschillende factoren op de groei kan zuurstofbeschikbaarheid op bacteriën onderzoe- men via een eenvoudige praktische oefening, over ken. voedselbewaring (of -bederf) illustreren. Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’. 58 Een overzicht van courante bacterieremmende Om de werking van ontsmettingsmiddelen te illustremiddelen geven. ren kan een proef gebaseerd op het principe van een antibiogram, opgezet worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 11 ‘Microbiologie’. 59 Met voorbeelden aantonen dat micro-organismen Bij het bespreken van een ziekteverwekker kan men niet alleen ziekteverwekkers zijn maar ook nuttig zich laten leiden door de actualiteit en door de intekunnen zijn. resse van de leerlingen: ziekte van Lyme, Salmonella, hersenvliesontsteking, Shigella … Voorbeelden van toepassingen van nuttige microorganismen vindt men in de voedingssector (yoghurt, kaas ... ). Men kan ook het voorbeeld van symbiotische darmflora uitwerken.

5.4

Voortplanting

5.4.1

Celdeling

•

Structuur en duplicatie van DNA

•

Mitose en meiose



60 Op een micropreparaat een reuzenchromosoom Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. observeren en de bouw ervan verduidelijken. Enkele suggesties vind je onder practicum 12 ‘DNA en celdelingen’. 61 In een celcyclus de DNA-replicatie situeren en het Aan de hand van elektronenmicroscopisch materiaal, verloop ervan beschrijven. een model en schetsen kan de structuur van het chromatine en van de DNA-molecule uitgelegd worden. De begrippen diploïd, haploïd …, homologe chromatinedraden, genen, allelen, chromosomen … kunnen hier aangebracht worden. Illustratieve software kan helpen het replicatieproces van het DNA in stappen te behandelen.


27 D/2006/0279/049

62 Het verloop van een mitose en de betekenis ervan Door microscopisch onderzoek van bijvoorbeeld overvoor het organisme toelichten. langse doorsneden van worteltoppen (ui, hyacint, tulp …) en door het interpreteren van de waarnemingen krijgen de leerlingen een inzicht in de uitzonderlijke rol van de celkern bij dit verschijnsel. Door observatie van micropreparaten, microdia’s of fotomateriaal leren de leerlingen de typische fasen van de gewone kernen celdeling herkennen. Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 12 ‘DNA en celdelingen’. Er kan tevens wat tijd uitgetrokken worden voor een zinvol onderwijsleergesprek in verband met klonen waarbij ook het ethische aspect aan bod komt. 63 Factoren bespreken die een mitose beïnvloeden. Zowel fysische als chemische factoren die een remmend of stimulerend effect hebben op de celdeling, (U) kunnen worden besproken. In dit verband kan ook aandacht besteed worden aan kanker: oorzaken, preventie en therapieën worden toegelicht. 64 Het verloop van een meiose beschrijven en de Er wordt op gewezen dat cellen die ontstaan door betekenis ervan voor organismen toelichten. meiose, een genetisch verschillende aanleg hebben en dat dit het resultaat is van twee verschillende processen: enerzijds crossing-over en anderzijds het herschikken van de twee sets ouderlijke chromosomen tijdens de metafase en hun verdeling tijdens de anafase van de meiotische deling (mixing). Het belang van deze reductiedeling voor het constant houden van het chromosomenaantal (van een soort in opeenvolgende generaties) wordt vermeld. Polyploïdie kan ook behandeld worden. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 12 ‘DNA en celdelingen’. 65 Verschilpunten tussen een mitose en een meiose samenvatten.

5.4.2


•

Bouw van het mannelijke en vrouwelijke voortplantingsstelsel

•

Hormonale regeling bij de vorming en de rijping van de voortplantingscellen

•

Bevruchting, beginselen van embryologie, geboorte

•

Regelingsfactoren van de vruchtbaarheid

•

Seksueel overdraagbare aandoeningen (aids, syfilis ...)

•

Biosociaal probleem

28 D/2006/0279/049




66 Primaire en secundaire geslachtskenmerken bij De voortplanting bij de mens werd ook reeds in de man en vrouw beschrijven en hun functies opnoe- eerste graad bestudeerd. Daarom ligt het voor de men. hand ruggespraak te houden met de leerkrachten biologie uit de eerste graad, enerzijds om te sterke herhalingen te vermijden, anderzijds om zinvolle uitdiepingen te kunnen geven. Enkele suggesties voor een leerlingenproef vind je onder practicum 13 ’Voortplanting’. 67 De hormonale regeling van de voortplanting bij de Het is aan te raden zaadcelvorming en eicelvorming mens beschrijven. te behandelen terwijl men de structuur van de testes en ovaria bespreekt. Er wordt natuurlijk naar de meiose verwezen en de stadia van de meiose worden in beide processen aangeduid. De periodiciteit in de eicelrijping wordt uitgelegd in het licht van de hormonenconcentraties in het bloed. Dit is meteen de aanleiding om de terugkoppelingen binnen deze hormonale regelingen uit te leggen. Het parallelle verloop van eicelrijping, verloop van hormonenconcentraties, temperatuursveranderingen, aangroei en afbraak van het baarmoederslijmvlies ... kunnen in een schema verwerkt worden. 68 De periode van vruchtbaarheid bij de vrouw bere- De interpretatie van deze berekeningen moet met de kenen. nodige omzichtigheid aangebracht worden. 69 Het verloop van coïtus en bevruchting beschrijven. Hier kunnen ook ethische aspecten aan bod komen en kan gewezen worden op de verantwoordelijkheid binnen een relatie. 70 De ontwikkeling van het embryo en de foetus be- Belangrijke ontwikkelingsfasen van de bevruchte eicel schrijven. tot de geboorte worden aan de hand van modellen, videofilms, foto’s of schetsen ... besproken. Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 13 ’Voortplanting’. 71 Het verloop van de geboorte beschrijven.

Naast het normale verloop van de geboorte kan ook aandacht besteed worden aan een vroegtijdige beeindiging van de zwangerschap en de bespreking van factoren die dit kunnen beïnvloeden.

72 Belangrijke middelen voor de regeling van de Het is belangrijk dat de leerlingen op een vakkundige vruchtbaarheid beschrijven en de voor- en nadelen en verantwoorde wijze kennis maken met de meest aangeven. voorkomende middelen tot regeling van de vruchtbaarheid. De betrouwbaarheid, de voor- en nadelen van de verschillende methoden moeten besproken worden. De leerlingen moeten erop attent gemaakt worden dat deze leerstof ontoereikend is als handleiding om deze methoden in de praktijk toe te passen. Zeker wat het pilgebruik betreft, moeten ze aangezet worden om hun arts te raadplegen.


29 D/2006/0279/049

73 Enkele seksueel overdraagbare aandoeningen Het biologische inzicht in het verloop van SOA, in de bespreken. behandeling en in de preventie ervan, zou bij de leerlingen moeten resulteren in een verantwoord gedrag. Bij de behandeling van dit onderwerp doet men er goed aan het schoolwerkplan en collega’s te raadplegen om eventuele overlappingen te vermijden. 74 Een biosociaal probleem vanuit wetenschappelijk Deze doelstelling kan zeer breed opgevat worden. en ethisch standpunt benaderen. Enkele onderwerpen die aan bod kunnen komen zijn kunstmatige inseminatie (KID), in-vitrofertilisatie (IVF), Intracytoplasmic Sperm Injection (ICSI) … Er kan bij voorkeur aangesloten worden met de maatschappelijke context van het moment.

5.5

Erfelijkheid

5.5.1

Klassieke genetica

•

Begrippen variabiliteit, modificatie, fenotype en genotype

•

Mono- en dihybride kruising

•

Vormen van polygenie en multipele allelen

•

Gekoppelde genen, crossing-over

•

Erfelijkheid van het geslacht, geslachtsgebonden erfelijkheid



75 Een inhoud voor de begrippen variabiliteit, fenotype Door waarnemingen op organismen van eenzelfde en modificatie formuleren. soort of delen ervan (aantal ribben bij kokkels, lengte van bladeren van een boom, lengte of gewicht van bonen, verschillen bij katten ...) kan vastgesteld worden dat er onderlinge verschillen zijn. De leerlingen kunnen de invloed van het milieu op het fenotype afleiden uit volgende voorbeelden: – de proef van Bonnier met paardebloemen; –

het ontwikkelen tot werkster of koningin bij bijen als gevolg van verschil in voedsel;

–

verschillende bladeren bij de waterranonkel en pijlkruid;

–

...

Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 13 ‘Erfelijkheid’. 76 Uit de resultaten van proeven de wetten van Men- Om het mechanisme van overerving in te leiden wordel afleiden. den proeven van Mendel als voorbeeld van een wetenschappelijk onderzoek besproken. De klemtoon wordt gelegd op de logische stappen van het onderzoek en het afleiden van de wetten uit de resultaten.

30 D/2006/0279/049


77 Een inhoud formuleren voor de begrippen gen, dominant en recessief allel, homozygoot en heterozygoot, genotype, dominante/recessieve en intermediaire overerving.

Uit de proeven van Mendel blijkt dat planten met eenzelfde fenotype voor een kenmerk een verschillende erfelijke aanleg kunnen hebben. Hierop kan het begrip genotype aangebracht worden. De terminologie die Mendel gebruikte wordt geleidelijk vervangen door de huidige gangbare begrippen en uitgebreid met latere inzichten zoals intermediaire overerving.

78 De resultaten van mono- en dihybride kruisingen Vertrekkend van de positie van genen op de chromoverklaren en symbolisch voorstellen. somen tijdens de meiose worden de resultaten van Mendel verklaard en symbolisch voorgesteld. Door te refereren naar het jaar van de ontdekkingen door Mendel (1865), van de chromosomen (1873), van de meiose (1885) en van de locatie van de genen (1902) kan het geniale inzicht van Mendel nog eens beklemtoond worden. 79 Uit de resultaten van beschreven experimenten de Door het bespreken van voorbeelden van overerving begrippen multipele allelen en polygenie afleiden. met multipele allelen en polygenie (bv. cryptomerie) wordt het inzicht in overerving van genen verfijnd. 80 De overerving van bloedgroepen in het ABO- Er kan vertrokken worden van voorbeelden van gesysteem verklaren als een voorbeeld van multipele zinnen waarvan de bloedgroepen van ouders en kinallelen. deren gegeven worden. Door beredenering kan afgeleid worden dat er minstens 3 allelen tussenkomen bij de overerving van dit kenmerk. 81 Uit de resultaten van experimenten van Morgan en van genenkaarten afleiden dat sommige genen gekoppeld zijn en dat er overkruising of crossing-over kan optreden.

Er wordt op gewezen dat Mendel niet al de resultaten van zijn proeven kon verklaren. Proeven van Morgan met fruitvliegjes tonen aan dat sommige genen samen worden overgeërfd. Door aan te nemen dat zij op eenzelfde chromosoom gelegen zijn kunnen zijn resultaten en sommige experimenten van Mendel verklaard worden.

82 Verklaren hoe het geslacht erfelijk bepaald wordt.

Door waarnemingen op een karyogram van een man en van een vrouw kan het verschil in één chromosomenpaar vastgesteld worden.

83 Het begrip geslachtsgebonden erfelijkheid om- Door te wijzen op het verschil in lengte van de geschrijven en verklaren. slachtschromosomen kan afgeleid worden dat het aantal genen op het X en het Y chromosoom verschilt. De erfelijke gevolgen van bepaalde genen of hun allelen, die niet op het Y-chromosoom voorkomen, kunnen beredeneerd en getoetst worden aan stambomen van families waarin ziekten vaker bij mannen dan bij vrouwen voorkomen. 84 Steunend op de erfelijkheidswetten vraagstukken Bij het oplossen van vraagstukken zal aanvankelijk oplossen. vooral de klemtoon gelegd worden op het inoefenen van de verschillende overervingmechanismen via toepassing van gekende wetmatigheden. Dit betekent concreet kansberekening op de genotypen en fenotypes van de nakomelingen, vertrekkend van gegeven genotypen wenken van de ouders en van een gekend overervingmechanisme. Geleidelijk zal het aandeel van analysevraagstukken (beredeneren van genotypen van ouders uit de fenotypes van de nakomelingen, beredeneren van het overervingmechanisme uit de resultaten van de kruising, stamboomanalyse ...) toenemen.


31 D/2006/0279/049

Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 14 ‘Erfelijkheid’.

5.5.2

Moleculaire genetica

•

Eiwitsynthese

•

Genexpressie (U)



85 Aangeven dat eiwitten de basis vormen van de Om te verklaren hoe bij een organisme een bepaald structurele opbouw en van het fysiologisch functio- kenmerk tot uiting komt, wordt de eiwitsynthese beneren van een organisme. handeld. De rol van de eiwitten in het totstandkomen van anatomische structuren en van eiwitten in fysiologische systemen en/of processen kan met behulp van voorbeelden geïllustreerd worden (spierdystrofie, diabetes, fenylketonurie, hemofilie, kleurenblindheid, jicht, sikkelcelanemie, albinisme, dwerggroei …). 86 Het verband leggen tussen de opbouw van eiwitten De eerder aangehaalde voorbeelden kunnen hier en de genetische informatie die in DNA vervat zit. vanuit dit standpunt terug belicht worden om zo het Het begrip genexpressie illustreren. verband DNA-eiwit duidelijk te maken. 87 Het systeem van de genetische code verduidelij- Vanuit de kennis van de nucleotidenstructuur van het ken. DNA en de aminozuursamenstelling van de eiwitten kan de noodzaak van het bestaan van een tripletcode worden verduidelijkt. Het alfabet en morse kunnen als voorbeeld van een code gegeven worden. 88 Het verloop van de eiwitsynthese aan de hand van Het gebruik van modellen is zeker aan te bevelen om een schema beschrijven. de dynamiek en chronologie van dit proces te illustreren. Computersimulaties kunnen deze complexe materie voor leerlingen beter toegankelijk maken. Stapsgewijze visualisering kan bij vele leerlingen tot een betere begripsvorming leiden. 89 Aangeven dat genen niet in alle cellen tot expres- Men kan voorbeelden geven van genen die slechts op sie komen en dat er systemen bestaan die deze bepaalde tijdstippen en/of in bepaalde celtypes tot genexpressie reguleren. (U) expressie komen. Het repressor- en inductormodel van Jacod-Monod bij prokaryoten kan hier als basis gebruikt worden. 90 Met een voorbeeld illustreren dat de toenemende Vanuit biologisch perspectief kan geïllustreerd worden biologische ontwikkelingen de aanpassing van ge- dat het centrale dogma (één gen – één eiwittheorie) vestigde theorieën noodzakelijk maken. door de wetenschappelijke kennis van het genoom op de helling gezet werd en herzieningen noodzakelijk maakt.

32 D/2006/0279/049


5.5.3

Mutaties

•

Soorten

•

Oorzaken



91 Het onderscheid tussen een modificatie en een Vertrekkend van een karyogram van bv. een monmutatie verwoorden. gooltje (trisomie) kan vastgesteld worden dat het aantal chromosomen groter is (genoom- mutatie). Andere karyogrammen vertonen een morfologische verandering van een of ander chromosoom (chromosoommutatie). Er kan verwezen worden naar polyploidie bij gekweekte plantenrassen. 92 Genoom-, chromosoom- en genmutaties met De voorbeelden die hier besproken en verklaard worvoorbeelden illustreren. den zijn best mutaties, die bij de mens voorkomen. 93 Oorzaken van mutaties opnoemen en in verband met het leefmilieu brengen.

5.5.4

Biotechnologie

•

Isolatie van DNA

•

Replicatie van DNA

•

DNA-sequentieanalyse

•

Identificatie van DNA

•

Manipulatie van erfelijke informatie



94 De aanwezigheid van nucleïnezuren in cellen aan- De isolatie van DNA is de allereerste stap in moletonen. culair biologisch onderzoek. Indien de leerlingen eerder de structuur van het celmembraan leerden, is hier het principe waarop het doorbreken van het cel- en kernmembraan gebaseerd is, eenvoudig uit te leggen. Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 15 ‘Biotechnologie’. 95 De werking van restrictie-enzymen bij het knippen Er kan verwezen worden naar de afkomst, de specivan DNA verduidelijken. ficiteit en het nut van restrictie-enzymen in hun natuurlijk omgeving (bv. verdedigingsmechanisme van bacteriën en fagen). De werking en de specificiteit van restrictie-enzymen kan geïllustreerd worden aan de hand van een lijstje waarop het enzym en zijn werking vermeld zijn. De aandacht kan ook gevestigd worden op het bestaan van restrictie-enzymen die staartuiteinden en andere die stompe uiteinden bij het DNA doen ontstaan. Hier kan ook reeds verwezen worden naar plakenzymen (ligasen).


33 D/2006/0279/049

96 De PCR-techniek omschrijven en het belang ervan De toepassing van de PCR-techniek zou men kunnen toelichten. vergelijken met het telkens opnieuw fotokopiëren van eerder gemaakte fotokopieën. Omdat er telkens een verdubbeling plaatsvindt van de hoeveelheid die men voordien al had, bekomt men snel gigantische aantallen. Een moeilijk punt vormt het netjes aflijnen, langs beide kanten, van het stukje dat gekopieerd moet worden. Daarom moeten dus eerst aangepaste primers worden aangemaakt. Er bestaan mooie animaties op internet om de PCRtechniek te illustreren. Het mechanisme van polymerase-kettingreactie kan ook bijgebracht worden aan de hand van een invulblad. Meer informatie vind je onder practicum 15 ‘Biotechnologie’. 97 De techniek van gel-elektroforese voor het scheiden van DNA-fragmenten beschrijven.

Het zal nodig zijn om enige achtergrond over elektroforese te geven. Bij het Vlaams Instituut voor Biotechnologie zijn DNAstalen die reeds geknipt werden met restrictieenzymen, verkrijgbaar. Ook stellen zij een elektroforeseset ter beschikking van scholen. De aanvraag hiervoor kan gebeuren bij het VIB. Meer informatie vind je onder practicum 15 ‘Biotechnologie’. Elektroforese van DNA-fragmenten kan eveneens met animaties geïllustreerd worden Indien elektroforese met DNA niet mogelijk is, kan de techniek ook geïllustreerd worden door elektroforese met aminozuren.

98 De techniek van DNA-sequentie-analyse omschrij- Er kan verwezen worden naar het ontrafelen van het ven. menselijk genoom. DNA-sequentiebepaling kan men met de leerlingen ook doen op papieren DNA-stroken. Dergelijke oefeningen vragen echter veel tijd. In het wetenschapsmagazine Natuur en Techniek juli/augustus 2000 verscheen een artikel: ‘genen lezen’ waarin op zeer eenvoudige wijze de DNAsequentie-analyse uitgelegd werd. Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 15 ‘Biotechnologie’. 99 Een techniek voor het opsporen van genen verdui- Er kan een keuze gemaakt worden uit één van de delijken. volgende technieken: een gen terugvinden via probes, blottingtechnieken, DNA-chips en restrictiefragmentlengte polymorfisme (RFLP). Hieraan kan een practicum gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 15 ‘Biotechnologie’.

34 D/2006/0279/049


100 Het belang van het opsporen van DNA-fragmenten Naargelang de actualiteit en de interesse van de leeraantonen en illustreren aan de hand van een toe- lingen kunnen o.a. volgende toepassingen uitgediept passing. worden: –

aantonen van genmutaties;

–

diagnose van infectieziekten;

–

kankerdiagnose;

–

zoeken naar passende donors;

–

bloedverwantschapbepaling;

–

forensisch onderzoek;

–

opsporen van verwantschappen tussen soorten (evolutie, systematiek);

–

…

101 Met een voorbeeld illustreren dat in de natuur ge- Als voorbeelden kunnen besproken worden de genenoverdracht tussen verschillende organismen nenoverdracht tussen: plaatsvindt. – bacteriën en planten (bv. levenscyclus van Agrobacterium tumefaciens); –

bacteriën onderling (bv. uitwisselen van resistentiegenen);

–

virussen en hun gastheercellen (bv. vermenigvuldiging van een bacteriofaag of van het HIVvirus).

102 Met een voorbeeld illustreren dat door kunstmatige De overdracht van genen door knippen en plakken genenoverdracht een vreemd gen tot expressie kan gemakkelijk visueel voorgesteld worden. kan gebracht worden. Volgende toepassingen van genenoverdracht kunnen aangehaald en naargelang de mogelijkheden en/of interesse van de leerlingen, uitgediept worden. Hieronder volgen enkele toepassingen.


–

GGO’s in landbouw . De mogelijke invloed op milieu, economie en gezondheid kan hier besproken worden.

–

Productie van geneesmiddelen en vaccins (bv. productie van insuline, EPO e.a. en productie van een vaccin tegen hepatitis B, hersenvliesontsteking e.a.).

–

Productie van monoklonale antilichamen om moderne diagnostica te produceren.

–

Therapie van erfelijke ziekten. Als voorbeeld kan een behandeling

–

met gentherapie van ADA-deficiëntie besproken worden. Daar de resultaten hiervan ook twijfels oproepen, is het interessant hier eens aandacht te besteden aan de noodzaak omzichtig om te gaan met wetenschappelijke ontdekkingen en aan het feit dat wetenschappelijk onderzoek tijd vraagt.

–

Productie van katalysatoren voor de chemische nijverheid.

–

….

35 D/2006/0279/049

103 Met een voorbeeld illustreren dat klonen via kern- Het kan interessant zijn dit onderdeel van de leerstof transplantatie ook een vorm van kunstmatige over- in te leiden door een herhaling van het begrip vegetadracht van erfelijk materiaal is. tieve voortplanting als vorm van klonen. Het is aangewezen te vermelden dat bij het embryonaal klonen de pluripotente eigenschap van stamcellen benut wordt. Ook het belang van embryonaal klonen (bv. in de veeteelt) kan besproken worden. Met het voorbeeld van Dolly kan er op gewezen worden dat men van een gedifferentieerde cel opnieuw een totipotente cel moet maken. 104 Een inhoud formuleren voor de begrippen repro- Dit onderwerp leent zich tot een vakoverschrijdende ductief en therapeutisch klonen en de ethische en aanpak. medische aspecten hieromtrent toelichten. 105 Verduidelijken dat het gebruik van stamcellen een Het gebruik van zowel embryonale als volwassen alternatief voor therapeutisch klonen kan zijn. stamcellen als alternatief voor therapeutisch klonen, kan hier vermeld worden. Het is nuttig de laatste ontwikkelingen in de actualiteit te volgen.

5.6

Evolutie

•

Argumenten voor evolutie

•

Evolutietheorieën

•

Evolutie van de mens



106 Argumenten aangeven die de hypothese van de Aan de hand van didactisch materiaal (fossielen, afevolutietheorie ondersteunen. beeldingen, skeletten, tabellen ...) en beschrijvingen van experimenten worden uit wetenschappelijke gegevens van de vergelijkende anatomie, de vergelijkende embryologie, de paleontologie en de biochemie argumenten gezocht die de evolutietheorie ondersteunen. Het ontstaan van het leven en de opkomst van proen eukaryoten kunnen hier beknopt beschreven worden en op de geologische tijdschaal worden gesitueerd. Die tijdschaal wordt in het vak aardrijkskunde behandeld. De evolutie van fauna en flora situeren in de geologische tijdschaal kan gepaard gaan met argumenten die de evolutiegedachte steunen. Hieraan kan een labo-oefening gekoppeld worden. Enkele suggesties vind je onder practicum 16 ‘Evolutie’. Het kan ook interessant zijn een studiebezoek te brengen aan het Koninklijk Belgische Instituut voor Natuurwetenschappen te Brussel, het museum van Thierry te Gent, de Zoo te Antwerpen …

36 D/2006/0279/049


107 Evolutietheorieën met voorbeelden illustreren en De theorieën van de Lamarck en Darwin worden best kritisch benaderen. vergelijkend bestudeerd. Er kan benadrukt worden dat ze ontstonden voor het werk van Mendel gepubliceerd werd. Deze theorieën worden aangevuld met de huidige inzichten in erfelijkheid. Mutatie, isolatie, selectie en genetische drift worden als drijfveren voor het ontstaan van nieuwe soorten volgens de huidige opvattingen gezien. 108 Argumenten die tegen de evolutiehypothese ge- Hier kan evolutie versus creationisme behandeld worbruikt worden kritisch bespreken. den. 109 De biologische evolutie van de mens toelichten en Het ontwikkelingsniveau van het bewustzijn van de criteria hanteren die toelaten fossiele voormensen mens heeft een enorme weerslag op de richting waarop de geologische tijdschaal te plaatsen. in de evolutie van de mens gaat. Om de fossiele mensen in de geologische tijdschaal te plaatsen, worden anatomische gegevens en vooral overblijfselen van zijn menselijk handelen gezocht en als criteria gebruikt. Aan de hand van fotografische documentatie kan de afstammingsgeschiedenis van de mens worden gereconstrueerd en een stamboom worden opgebouwd van de primitieve mens tot de moderne mens. Het hominisatieproces en de culturele evolutie van de mens worden geleidelijk aan opgebouwd uitgaande van de primitieve primaten. Het is niet de bedoeling al de Hominiden met hun karakteristieken te memoriseren.

5.7

Suggesties voor practica

Practicum 1: Microscopische studie van cellen In een eerste microscopisch practicum is het wenselijk dat de bouw van een microscoop kort wordt herhaald en dat er aandacht besteed wordt aan het nauwkeurig instellen van een microscoop. Er kan bv. best eerst een geleide oefening gegeven worden op het gebruik van diafragma en condensor om een optimaal beeld te bekomen. Uit het practicum kunnen leerlingen volgende inzichten afleiden: •

planten en dieren zijn cellulair opgebouwd;

•

cellen hebben een zelfde bouwpatroon, maar kunnen onderling verschillen;

•

cellen van planten en dieren verschillen duidelijk van elkaar.

Verschillende microscopisch waarneembare celorganellen worden geobserveerd, benoemd en kunnen in een overzichtstabel genoteerd worden. In de onderstaande tabel zijn enkele mogelijkheden van microscopie van cellen opgenomen, die het mogelijk maken verschillende celorganellen duidelijk te laten observeren.


37 D/2006/0279/049

cel

celwand

rokvlies

cytoplasmastroming

cytoplasma

chloroplast

chromoplast

vacuole

kern

x

x

x

x

x

x

x

x

zetmeel

kristal

rode ui vruchtvlees sneeuwbes schroefwier

x

x

kurk

x

aardappel

x

vruchtvlees tomaat

x

verdroogd buitenste rokvlies ui

x

eendekroos

x

mosblad

x

waterpestblad

x

x

meeldraadharen

x

x

x x

x x x

x

x

x

ééndagsbloem

Aangezien dierlijke cellen over het algemeen kleiner zijn dan plantaardige cellen is directe observatie op levende cellen niet eenvoudig. Cellen van het mondepitheel (binnenzijde van de wang) kunnen als voorbeeld genomen worden. In andere gevallen is het aangewezen gebruik te maken van vaste preparaten. Geschikte preparaten hiertoe zijn een doorsnede door niermerg, speekselklieren, talgklier ... Afmetingen van cellen kunnen bij benadering bepaald worden door gebruik te maken van een micrometeroculair, micrometerdekglaasjes of tabellen met de diameter van het microscopisch veld bij verschillende oculair- en objectiefvergrotingen. Practicum 2: Submicroscopische structuur van cellen Aan de hand van elektronenmicroscopische foto’s van celdelen wordt nagegaan hoe verschillende celorganellen opgebouwd zijn. Door metingen op de figuren kunnen, door rekening te houden met de gegeven (kwadratische) vergroting, de afmetingen van organellen (en hun delen) bij benadering bepaald worden. Volgende organellen kunnen bestudeerd worden: kern, mitochondriën, chloroplasten, Golgi-apparaat, lysosomen, vacuolen, zetmeelkorrels, ruw en glad endoplasmatisch reticulum en ribosomen. Foto’s en informatie van celorganellen kunnen gezocht worden op het Internet, cd-rom of bestudeerd worden in boeken.

38 D/2006/0279/049


Practicum 3: Diffusie en osmose •

Diffusie

Het fysisch verschijnsel diffusie kan onder andere met kaliumpermanganaat, methyleenblauw ... in water en met een open flesje parfum in lucht verduidelijkt worden. Je kan ook een filtreerpapier, doordrenkt met een fenolftaleineoplossing, boven op een bekerglas met enkele ml ammoniakoplossing leggen. Een hogere temperatuur stimuleert het diffusieproces. •

Plasmolyse, deplasmolyse, osmose

Als smaakmaker om plasmolyse en deplasmolyse aan te tonen worden twee eieren, waarvan de schaal door azijnzuur werd verwijderd, in gedestilleerd water respectievelijk in een sterke zoutoplossing gebracht. Doorprikken geeft een ‘fonteintje’ bij het ei dat uit gedestilleerd water komt. Plasmolyse en deplasmolyse van plantencellen kunnen vrij goed microscopisch geobserveerd worden door een rokvlies van een rode ui, de opperhuid van een kroonblad van een tuinpelargonium of meeldraadharen van de eendagsbloem (Tradescantia) in een hypertone en daarna in een hypotone oplossing te brengen. Door aardappelreepjes in milieus met verschillende concentraties te brengen kan men de processen plasmolyse en deplasmolyse kwantitatief benaderen en de osmotische waarde van een cel bepalen. Plasmolyse en deplasmolyse kunnen verklaard worden met het fysisch verschijnsel osmose. Een celbegrenzing kan gesimuleerd worden door een dialysehuls (selectief permeabel); de vacuole met celsap kan als model nagebootst worden door bv. een glucoseoplossing die in de dialysehuls gebracht wordt en in een beker of maatcilinder in gedestilleerd water gehangen wordt. De turgor van de cel neemt toe en men kan afleiden dat wateropname door een 'cel' gebeurt door osmose. Aansluitend hierbij kan het barsten van rode bloedcellen, pantoffeldiertjes … in gedestilleerd water vermeld worden. De osmotische waarde van celoplossing en celomgeving regelt de zin van het watertransport. Practicum 4: Microscopische studie van weefsels Weefselonderzoek kan gebeuren op basis van preparaten die in practicum 1 zijn vermeld. Aangezien het meestal om epidermiscellen (epitheelweefsel) gaat, kunnen beter - vooral voor studie van dierlijke weefsels vaste preparaten microscopisch worden onderzocht. Microscopische foto's van weefsels kunnen gebruikt worden om leerlingen wegwijs te maken op hun preparaat. Er wordt verwacht dat zij de delen van het weefsel benoemen. •

Als dierlijke weefsels kunnen bestudeerd worden: −

Spierweefsel (dwars spierweefsel, glad spierweefsel en hartspierweefsel)

−

Klierweefsel

Microscopische studie van een exocriene klier gebeurt aan de hand van micropreparaten (zweetklier, talgklier, exocrien deel van de pancreas ...). Voor microscopie van een orgaan met endocriene functie kunnen micropreparaten van alvleesklier, schildklier, testes, ovarium ... gebruikt worden. Eilandjes van Langerhans kunnen gemakkelijk waargenomen worden op een micropreparaat van de alvleesklier. De bouw van de schildklier met haar secreet kan ook vrij gemakkelijk bestudeerd worden. Op een micropreparaat van een testes en een ovarium van een zoogdier kunnen de cellen of delen met endocriene functie gelokaliseerd worden (cellen van Leydig, geel lichaam ...) −

Zenuwweefsel (hersenen, ruggenmerg, zenuw en zenuwcellen)

−

Steunweefsel

Op een micropreparaat van elastisch bindweefsel kunnen, bij een vergroting van ongeveer 400x, in de grondsubstantie cellen en elastische/collagene vezels waargenomen worden. Eventueel kunnen op een micropreparaat van een ander type bindweefsel (reticulair, losmazig, collageen ...), gekleurd met een gepaste kleurtechniek, dezelfde onderdelen onderscheiden worden.


39 D/2006/0279/049

Op een micropreparaat van compact beenweefsel kan de concentrische opbouw van een systeem van Havers, rond een kanaal van Havers, worden waargenomen. In een kanaal kunnen bij sterke vergroting eventueel de bloedvaten (ader en slagader) en het lymfevat onderscheiden worden. In de benige grondsubstantie zijn beencellen in holten goed waar te nemen. Vezels kunnen moeilijker waargenomen worden. Op een micropreparaat van elastisch kraakbeen kunnen holten, kraakbeencellen en vezels in de grondsubstantie onderscheiden worden. •

Als plantaardige weefsels kunnen, eventueel zelfs op vers materiaal, bestudeerd worden: −

epitheelweefsel;

−

vulweefsel;

−

steunweefsel (collenchym, sklerenchym);

−

transportweefsel (xyleem en floëem);

−

deelweefsel.

De verschillende weefseltypes kunnen met elkaar vergeleken worden naar grootte, celvorm en celverbanden. Dezelfde weefseltypes kunnen in verschillende organen (ook bij verschillende soorten) vergeleken worden (vulweefsel van blad, stengel, wortel ...).

Practicum 5: Fotosynthese •

De basisexperimenten van het fotosyntheseproces (opname van CO2, vorming van O2 en zetmeel kunnen herhaald worden (cf. de eerste graad).

Verschillende factoren die het fotosyntheseproces beïnvloeden kunnen nagegaan worden: −

golflengte van het licht;

−

lichtsterkte;

−

temperatuur;

−

CO2-concentratie;

−

…

De snelheid van blauwkleuren in de indigokarmijnproef of het aantal gasbellen per tijdseenheid zijn een maat voor de fotosyntheseactiviteit. Er kan eveneens gebruikgemaakt worden van real-time-metingen op pc waar de O2-productie of de daling van de CO2-concentratie onder verschillende omstandigheden kan nagegaan worden. •

Chloroplasten kunnen met sterke vergroting in een blad van waterpest onderzocht worden. Belichte en niet belichte bladeren van waterpest kunnen ontkleurd worden met ethanol 70%. Door toevoeging van een druppel KI3 kan de aanwezigheid van zetmeel in de bladgroenkorrels van de belichte bladeren aangetoond worden of kunnen de katalytische eigenschappen van geïsoleerde chloroplasten via de Hill-reactie onderzocht worden Een stukje opperhuid van de onderzijde van een blad van prei, eendagsbloem, pelargonium … kan onderzocht worden op de aanwezigheid van huidmondjes. Met behulp van een dwarsdoorsnede van een blad (zelf gemaakt bijvoorbeeld met hulst of een handelspreparaat) kunnen verdere aanpassingen van het blad aan de fotosynthese afgeleid worden.

•

Met bladpigmenten kunnen volgende practica uitgevoerd worden: −

extractie van pigmenten uit een blad;

−

scheiding van pigmenten in vetoplosbare en wateroplosbare componenten;

40 D/2006/0279/049


−

chromatografie van fotosynthesepigmenten;

−

bepalen van het absorptiespectrum van bladgroen met een spectrometer.

Practicum 6: Enzymen •

Door een biureettest (of xanthoproteïnetest, of ninhydrinetest) kan aangetoond worden dat enzymen eiwitten bevatten.

•

Verschillende factoren die de katalytische eigenschappen van enzymen beïnvloeden kunnen onderzocht worden: temperatuur, pH, denaturatie, inhibitoren … Dit kan gebeuren met ‘klassieke’ proeven waarbij de afbraak van zetmeel met amylase/pancreatine of de afbraak van eiwitten met pepsine onder verschillende omstandigheden kan gevolgd worden. Er kan eveneens gebruikgemaakt worden van real-time-metingen op pc: de afbraak van ureum door urease veroorzaakt een elektrisch meetbare verandering die door een geleidbaarheidsmeting met de computer te volgen is; de vertering van romige volle melk door lipase leidt tot de vorming van vetzuren die met behulp van een pH-sonde kan geregistreerd worden.

•

Het beter verteerbaar maken van melk met behulp van geïmmobiliseerd lactase, het bereiden en het klaren van appelsap, de activiteit meten van met enzymen verrijkte wasmiddelen … illustreren dan de biotechnologische, economische en ecologische aspecten van enzymen.

Practicum 7: Vertering van voedsel •

De studie van de vertering van voedsel kan gebeuren tijdens de dissectie van een kip, die vooraf goed met maïs werd gevoed. Door onderzoek van de inhoud van de krop, de maag, de twaalfvingerige darm en de rest van de dunne darm kan nagegaan worden hoever de afbraak van het voedsel is gevorderd en welke functie deze delen van het spijsverteringsstelsel hebben in het afbreken van het voedsel. De resultaten van testen op pH, aanwezigheid van glucose, zetmeel en eiwitten brengen inzicht bij over waar de vertering gebeurt en waar de opname van voedingsstoffen waarschijnlijk gebeurt.

•

Met allerlei proeven kan aangetoond worden welk effect enzymen uit het spijsverteringsstelsel hebben op de afbraak van voedselbestanddelen zoals: −

ptyaline (= amylase) van het speeksel breekt zetmeel af;

−

pepsine uit maagsap breekt eiwitten af;

−

pancreatine uit pancreassap breekt sachariden, eiwitten en vetten af.

Practicum 8: Gasuitwisseling, ademhaling en gisting •

Dissectie van longen, kieuwen, tracheeën. De studie van micropreparaten laat toe aanpassingen aan gasuitwisseling bij organismen uit verschillende milieus te vergelijken.

•

Bepalen van de vitale capaciteit met een spirometer. Naast de klassieke methode kan een balgspirometer via een draaihoeksensor op een computer aangesloten worden.

•

Bepalen van het ademhalingsquotiënt en het zuurstofverbruik. In erlenmeyers worden op vochtige watten respectievelijk zetmeelrijke zaden (bonen, tarwe ...) en olierijke zaden (koolzaad, vlas ...) te kiemen gezet. De erlenmeyers worden afgesloten met een stop waarin een glazen buis steekt. Het geheel wordt omgekeerd in een recipiënt met water gestoken. Men zorgt ervoor dat de vloeistofniveaus in de buizen even hoog staan. Door vergelijking met een opstelling zonder zaden wordt nagegaan welk volumeverschil er optreedt in de onderscheiden erlenmeyers. Waar het vloeistofniveau in de buis gelijk gebleven is, is er evenveel O2-verbruik als CO2- productie. Waar het vloeistofniveau gestegen is, overtreft het O2- verbruik de CO2- productie. Men bepaalt aldus VO2 – VCO2.


41 D/2006/0279/049

Uit de reactievergelijking van de oxidatie van glucose en van een vetzuur met evenveel C-atomen wordt afgeleid hoe groot het respiratorisch quotiënt in beide gevallen is. Door de proefresultaten te vergelijken met de gegevens van de theoretische berekening wordt afgeleid welke energierijke verbindingen door de respectieve zaden geoxideerd worden. Men kan het respiratorisch quotiënt ook uit de proef berekenen indien men proefopstellingen voorziet met KOH dat het gevormde CO2 absorbeert. Men leest dan de VO2 af. Hieruit zijn dan VCO2 en het respiratorisch quotiënt te berekenen. Deze proeven kunnen eveneens uitgevoerd worden met dieren (bv. meelwormen, aardwormen, pissebedden ...). In de literatuur kan de waarde opgezocht worden van het gemiddeld ademhalingsquotiënt van een mens. Hieruit kan geconcludeerd worden dat ook bij de mens de ademhaling waarschijnlijk deels op oxidatie van vetten berust. Het O2 - verbruik en het respiratorisch quotiënt zijn ook door real-time-metingen op pc te bepalen. •

Gisten en gisting Aan de hand van een aantal eenvoudige proeven kunnen gisten en gisting belicht worden. Het vermenigvuldigen door knopvorming kan waargenomen worden. Een preparaat van een bakkersgistsuspensie in een warme suikeroplossing kan met een druppel KI3 gekleurd worden. Een vitaalkleuring van gistcellen kan gebeuren door een gistsuspensie te kleuren met een druppeltje gebufferde waterige methyleenblauwoplossing van 0,01%: dode gistcellen kleuren donkerblauw, verzwakte gistcellen lichtblauw en levende gistcellen blijven kleurloos. Met volgende proeven kan men een idee krijgen van de chemische reacties die tijdens de ademhaling van gistcellen plaatsvinden: −

aard van het gas dat gisten tijdens de ademhaling in een anaëroob milieu produceren en de invloed hierbij van de temperatuur;

−

type alcohol dat geproduceerd wordt;

−

sachariden die gisten kunnen verademen;

−

….

Het is belangrijk de leerlingen er op te wijzen dat, waar enigszins mogelijk, een referentie-, blanco- en testproef moeten uitgevoerd worden. Het gebruik van een computer kan hier aanbevolen worden. •

Alcoholische gisting Alcoholische gisting kan geïllustreerd worden bij bier- en wijnbereidingen. Wijn kan op een eenvoudige manier bereid worden uit rabarbersap of uit een ander fruitsap. Belangrijke aandachtspunten zijn: −

aseptisch werken;

−

zuurconcentratie;

−

relatie suikergehalte-alcoholgehalte;

−

praktische en biochemische aspecten van het gistingsproces.

Het alcoholgehalte van de wijn kan worden berekend en de wijn kan gedestilleerd worden. Documentatie hierover is vrij gemakkelijk te bekomen via de handel, wijn- en bierverenigingen en de grote brouwerijen. Het is aan te raden de leerlingen zelf de documentatie te laten verzamelen. Ook een studiebezoek aan een brouwerij behoort tot de mogelijkheden.

42 D/2006/0279/049


Practicum 9: Bloed en lymfe Opmerking Voor bloedproeven kan men gebruikmaken van bloedstalen die via een laboratorium (of persoonlijke arts) bekomen kunnen worden. Indien bloed bij leerlingen op vrijwillige basis geprikt wordt, moeten de nodige veiligheidsmaatregelen tegen besmettingen genomen worden. Het gebruikte materiaal moet conform de milieuwetgeving afgevoerd worden. •

Samenstelling van het bloed Na centrifugeren van onstolbaar gemaakt bloed uit een laboratorium of slachthuis wordt de fractie cellen en het bovendrijvende plasma gescheiden. De heldere vloeistof kan, verdeeld over verschillende proefbuizen, getest worden op aanwezigheid van water, glucose, eiwitten, chloriden (+ AgNO3), sulfaten (+ BaCl2) ... De verhouding van het volume bloedlichaampjes tot het totale bloedvolume (hematocrietwaarde) wordt bij benadering berekend. In de handel zijn ook een microhematocrietcentrifuge en microhematocrietbuisjes met heparine (voor het onstolbaar maken van het bloed) verkrijgbaar.

•

Bloeduitstrijkje en tellen van bloedcellen Een bloeduitstrijkje kan worden gemaakt met bloed dat uit de vingertop op steriele wijze wordt afgenomen of met onstolbaar gemaakt bloed uit laboratorium of slachthuis. Het bloeduitstrijkje wordt gedroogd, gefixeerd met methanol en gekleurd volgens Pappenheim of Wright en bekeken met een immersielens. Het tellen van bloedcellen en bloedplaatjes gebeurt in klinische labo's met elektronische toestellen. Manueel tellen kan ook door gebruik te maken van een passende verdunningsvloeistof, waarna het verdunde bloed op een telrooster van een Bürkerkamer gespreid wordt en het aantal rode/witte bloedcellen en bloedplaatjes daarna microscopisch bepaald wordt, gevolgd door een omrekening per mm3 bloed.

•

Invloed van O2 en CO2 op de kleur van bloed Het effect van O2 en CO2 op de kleur van bloed kan nagegaan worden door lucht doorheen een proefbuis met bloed te leiden en bv. spuitwater toe te voegen of uitgeademde lucht er doorheen te blazen.

•

Bloeddrukmeting Bloeddrukmeting kan gebeuren bij verschillende leerlingen en onder verschillende omstandigheden (bij rust, na inspanning ...).

•

Dissectie van een (varkens-)hart en studie van de bloedvaten die er op aansluiten

•

Hartfrequentie en ECG Door gebruik te maken van passende sensoren en de nodige software kunnen hartfrequentie en elektrocardiogram (ECG) of fonocardiogram (FCG) op computer gevisualiseerd worden. Ook eenvoudige hartslagmeters kunnen gebruikt worden om in verschillende omstandigheden het hartritme te meten.

•

Vergelijkende microscopische studie van slagaders en aders

•

Bloedstolling en aantonen van fibrine Indien men over vers bloed beschikt dat niet behandeld is met een antistollingsmiddel kan men laten observeren hoe het eruit ziet na stolling. Men kan ook een fractie vers bloed behandelen met een antistollingsmiddel zoals natriumcitraat, natriumoxalaat of heparine. Een bloedklonter kan uitgewassen worden door hem zeer grondig uit te spoelen onder een waterkraan. De vezelige structuur van het resterende fibrine is hierop te zien. Op een stukje van dat fibrine kan via een test aangetoond worden dat dit een eiwit is. Je kan ook een fractie ervan fijn verdelen en onder de microscoop bekijken.

•

Microscopie van organen van het lymfatische systeem (thymus, milt, lymfeknoop ...). Dergelijke preparaten zijn in de handel te bekomen.


43 D/2006/0279/049

•

Bloedgroepenbepaling Met bloed uit een vingertop kan de bloedgroep met antisera bepaald worden.

Practicum 10: Excretie •

Dissectie van een nier De macroscopische bouw van de nier kan het best vastgesteld worden met behulp van een overlangs doorgesneden varkensnier.

•

Microscopie van nierschors en niermerg Voor de microscopische studie is het preparaat van een overlangse doorsnede van een volledige nier van een rat aangewezen (handelspreparaat). Een duidelijke parallel kan getrokken worden tussen wat werd geobserveerd tijdens de dissectie en wat microscopisch vastgesteld kan worden daar het in beide gevallen om een volledig orgaan gaat.

•

Analyse van urine Het sediment van de urine wordt microscopisch onderzocht. Dit sediment wordt bekomen na bezinken van de urine of nog beter na centrifugatie gedurende 2 à 3 minuten bij 5000 toeren per minuut. Eventueel kan een druppel karmijn-azijnzuuroplossing toegevoegd worden. Cellen van de blaas en/of urinewegen en mogelijke kristallen kunnen aangetroffen worden. Voor het chemisch onderzoek van urine en serum kan men gebruik maken van urineteststrips. Bloedserum kan rechtstreeks bekomen worden uit een klinisch laboratorium; men kan ook vers bloed uit het slachthuis (niet opgeklopt) laten agglutineren. Uit de chemische verschillen tussen serum en urine kan een hypothese geformuleerd worden voor de functie en de werking van de nier.

Practicum 11: Microbiologie •

Microscopie en kleuring van bacteriën uit tandbeslag, yoghurt ... Een eenvoudig preparaat van bacteriën kan bekomen worden door een weinig tandplak en etensresten met een nigrosineoplossing of Oost-Indische inkt te mengen en uit te strijken. De bacteriën zelf nemen de kleurstof niet op en behouden dus hun normale vorm. Enkel de omgeving wordt zwart gekleurd. Naast kokken en staafjes zal men in tandbeslag soms spirillen waarnemen. Die negatiefkleuring wordt vooral gebruikt om moeilijk kleurbare bacteriën aan te tonen: bv. spirochaeten zoals Treponema pallidum, de verwekker van syfilis. Een enkelvoudige kleuring en een gramkleuring kunnen bv. bij yoghurt uitgevoerd worden. Yoghurt bevat normaal Lactobacillus bulgaricus (staafvormig) en Lactococcus thermophilus (bolvormig). Het zijn grampositieve bacteriën die bij verse yoghurt ongeveer in gelijke aantallen aanwezig zijn. Lactococcus verdwijnt naarmate de yoghurt ouder wordt.

•

Het kweken van bacteriën onder steriele omstandigheden Door een petriplaat met een algemene voedingsbodem een 30-tal minuten aan de lucht bloot te stellen of in contact te brengen met een geldstuk en deze in een broedstoof gedurende één dag bij 37°C te plaatsen, kan men aantonen dat de lucht, een geldstuk ... voor een indirecte overdracht van micro-organismen zorgen. De begrippen voedingsbodem, kolonie en besmetting kunnen aangebracht worden. Men kan wat dieper ingaan op de soorten voedingsmedia. Deze kunnen onder meer ingedeeld worden volgens de aggregatietoestand en volgens de samenstelling (algemene, selectieve-, differentiatie- en gebreksmedia). Door voedingsbodems in contact te brengen met bv. vuile, gewassen, ontsmette ... vingers kan het belang van hygiëne en steriliteit (bv. in operatiekamer) aangebracht worden. Verschillende sterilisatietechnieken kunnen behandeld worden: autoclaveren, steriliseeroven, flamberen, ioniserende stralen en chemische desinfectantia.

44 D/2006/0279/049


Verscheidene enttechnieken (gefractioneerde streepenting, vijfhoekenting ...) kunnen aangeleerd worden bij het maken van een microbiologische vergelijking tussen steriel water, leiding- en slootwater, bij het nagaan van het effect van pasteuriseren, steriliseren en UHT-behandeling van rauwe melk ... Uiteraard moeten de kiemen na groeibeoordeling vernietigd worden, voor ze bij het afval terechtkomen. •

Factoren die de groei van bacteriën beïnvloeden Het effect van verschillende factoren op de groei van bacteriën kan men via een eenvoudige praktische oefening over voedselbewaring (of -bederf) illustreren. Men brengt telkens drie pas ontdooide diepvrieserwten in verschillende omstandigheden: in koelkast, in broedstoof (30 °C), in gedestilleerd water, in verdunde zoutoplossing, in sterk geconcentreerde zoutoplossing, in suikeroplossing, in azijn, in NaNO2-oplossing ... Men vergelijkt na twee dagen de verschillende erwten en oplossingen. Wanneer er bacteriën groeien, is de oplossing troebel en zien de erwten er niet fris uit. Het gevaar voor sporenvorming in de voeding (bij het terug invriezen van ontdooid voedsel) kan men gemakkelijk aantonen door diepvrieserwten die al gedurende 24 uur ontdooid zijn, te vergelijken met pas ontdooide diepvrieserwten. Men plet beiden in 5 ml steriel water en brengt dan 1 ml van de pas ontdooide en 1 ml (100 maal verdund) van de 24 uur-erwten in een steriele voedingsbodem. Na twee dagen vindt men dan gemiddeld veel meer kolonies terug bij de 24 uur-erwten (zelfs al is de suspensie 100 maal verdund). Bepalen van het aëroob kiemgetal Men kan de kwaliteit van bv. melk bepalen door na te gaan of er nog een aanvaardbaar aantal microorganismen aanwezig is in de melk. Dit aantal kan men te weten komen door het kiemgetal te bepalen. Voor het bepalen van het aëroob kiemgetal gebruikt men best de telplaatmethode. Deze methode bestaat hierin dat een afgemeten hoeveelheid van het monster met geschikte voedingsbodem in een petrischaal gebracht wordt. Na incubatie bij een bepaalde temperatuur en gedurende een zekere tijd ontstaan afzonderlijke bacteriekolonies die met het blote oog kunnen geteld worden. Men gaat hierbij uit van de veronderstelling dat elke kolonie afkomstig is van het vermeerderen van één bacterie. Het aëroob kiemgetal is het aantal kweekbare bacteriën onder aërobe omstandigheden. Bacteriën die enkel kunnen leven in een anaëroob milieu worden niet geteld. Daar het aantal bacteriën in melk groot is, zal het opstellen van een verdunningsreeks noodzakelijk zijn. Een geschikte voedingsbodem voor het bepalen van het kiemgetal van melk is 'Milk Plate Count Agar'.

•

Antibiogrammen Om de werking van ontsmettingsmiddelen te illustreren kan een proef opgezet worden gebaseerd op het principe van een antibiogram. Voedingsbodems worden dan geënt met een zuivere cultuur van bacteriën (bv. geïsoleerd uit lucht of grond of verkregen vanuit een klinisch laboratorium) waarop dan steriele schijfjes filtreerpapier gedrenkt in verschillende ontsmettingsmiddelen worden gelegd. Na twee dagen incuberen kan de eventuele remmende invloed uit de inhibitiezones afgelezen worden. Een 'echt' antibiogram wordt uitgevoerd met schijfjes filtreerpapier gedrenkt in verschillende antibiotica.

•

Schimmelkweek met de techniek van de vochtige kamer Schimmels kunnen gemakkelijk bekeken worden als men ze laat groeien volgens de techniek van de vochtige kamer. Hiervoor wordt een vierkant blokje voedingsbodem (bv. gistextractagar) geënt en op een steriel draagglas gebracht, dat rust op een geplooide glazen buis in een steriele glazen petrischaal met een weinig 20% glyceroloplossing. Op het blokje bodem legt men een dekglaasje en deze ‘vochtige kamer’ wordt een week geïncubeerd. Na de groei wordt het dekglaasje losgemaakt; men laat er een druppeltje ethanol op verdampen om de draden beter van elkaar los te laten komen en men bekijkt het preparaat met een druppel kleurstof (bv. lactofenolblauw).

•

Afbraak van zetmeel door broodschimmel De zetmeelafbraak door broodschimmel kan door middel van zetmeel-agar-voedingsbodem aangetoond worden. Na incubatie met broodschimmel wordt de voedingsbodem overgoten met een KI3-oplossing. De plaatsen die nog zetmeel bevatten ( waar geen schimmelgroei is) kleuren blauwzwart.


45 D/2006/0279/049

Practicum 12: DNA en celdelingen •

Reuzenchromosomen in de speekselklieren van muggen- en fruitvlieglarven Reuzenchromosomen zijn goed waar te nemen in de speekselklieren van Chironomus sp. of Drosophila sp. Vedermuglarven (Chironomus sp.) zijn praktisch het hele jaar door te koop in de aquariumhandel als levend visvoer. Het kweken van fruitvliegjes (Drosophila) levert weinig moeilijkheden op. De larven in het derde stadium (deze kruipen omhoog tegen de wand om te gaan verpoppen) zijn bruikbaar. De diertjes worden gedood in azijnzuur (45 %). De vedermuglarve wordt na het derde borstsegment dwars doorgesneden. De inhoud wordt vanaf de kop naar buiten gedreven. De speekselklieren zijn twee kleine gelatineuze blaasjes aan weerszijden van de slokdarm. De fruitvlieglarve wordt bij de kop en het achtereind vastgenomen; er wordt getrokken tot de huid openscheurt. De kristallijn doorzichtige speekselklieren blijven aan de kop vastzitten. De speekselklieren worden gekleurd met orceïne-azijnzuur en nadien gewassen met azijnzuur 45 % zodat enkel het DNA fel gekleurd blijft. Tenslotte worden de speekselklieren geplet en onder microscoop onderzocht (squashtechniek).

•

Modelbouw van DNA In de handel zijn modelbouwpakketten van DNA te verkrijgen. Met wat creativiteit kunnen de bouwsteentjes van DNA zelf ontworpen worden. Ook via Internet kunnen interactieve simulaties over de structuur van DNA gebruikt worden.

•

Microscopie van mitose en meiose De studie van mitose kan gebeuren op pletpreparaten van de worteltop van een ui, die niet met groeiremmers werd behandeld. De bol wordt eerst enkele dagen vooraf geplaatst boven een bekertje met water. Men gebruikt best pootajuinen. De worteltoppen worden liefst 's morgens afgeknipt, gefixeerd en gekleurd met karmijnazijnzuur of orceïne-azijnzuur. Vaste preparaten van zowel mitose als meiose zijn te verkrijgen in de handel.

Practicum 13: Voortplanting •

Microscopie van voortplantingsorganen en voortplantingscellen Je kan levende zaadcellen bekomen bij een instituut waar kunstmatige inseminatie wordt toegepast. De frequentie van abnormale en normale zaadcellen kan bepaald worden. Micropreparaten van testis en ovarium met follikels (uiteenlopende stadia) kunnen bestudeerd worden.

•

Microscopie van embryo's −

De studie van de ontwikkeling van een kippenembryo is vanwege zijn uitgebreidheid best in twee delen te splitsen: de ontwikkeling gedurende de eerste 60 uren en de ontwikkeling na 3, 4, 5 en 6 dagen. Het bebroeden van eieren (best bij 38 °C) dient in de dagen voorafgaand aan het practicum op zodanige tijdstippen te worden begonnen dat de verscheidene stadia voorhanden zijn. De embryo's worden vakkundig uit de bebroede eieren geprepareerd. Bij embryo's van 36 uur en vroeger is er weinig of geen rood bloed aanwezig en ze zijn daarom zonder kleuring moeilijk te zien. De kleuring gebeurt met een agarvliesje gedrenkt in een neutraalroodoplossing. De embryopreparaten worden bestudeerd met loep en binoculaire loep. Met behulp van tekeningen en de in een tijdschaal aangegeven bijzonderheden worden de belangrijkste structuren bij de embryo’s aangeduid en benoemd.

−

Uit geopende vruchten van herderstasjes worden de zaadlijsten gehaald en gedurende 10 à 20 min in 5 % KOH-oplossing in water geplaatst, dit om de zaden op te klaren. Nadien worden ze gespoeld in water en azijnzuuroplossing. Een pletpreparaat wordt microscopisch bestudeerd. Er wordt gezocht naar enkele ontwikkelingsstadia met behulp van foto’s en/of schetsen. Om het transport tussen de moederplanten en de daarop groeiende vruchten met hun zaadbeginsels en jonge zaden vast te stellen, kunnen verse herderstasjes enkele uren in rode of blauwe inkt geplaatst worden.

46 D/2006/0279/049


Practicum 14: Erfelijkheid •

Meten van variabiliteit en opstellen van een modificatiecurve Door waarnemingen op een organisme van dezelfde soort of delen ervan (aantal ribbels bij kokkels, lengte van bladeren van een boom, lengte of massa van bonen, verschillen bij katten ...) kan vastgesteld worden dat er onderlinge verschillen zijn. De metingen worden in klassen gegroepeerd, het klassengemiddelde wordt berekend en het aantal organismen in elke klasse wordt bepaald. De gegevens worden grafisch voorgesteld en de variabiliteit wordt beschreven en verklaard.

•

•

Onderzoek van het overervingsmechanisme van tongrollen, daltonisme ... −

Om het overervingsmechanisme van tongrollen, losse/vaste oorlel ... na te gaan kunnen leerlingen op school een steekproef doen door bv. 100 leerlingen naar de aanwezigheid van een bepaald kenmerk te onderzoeken. Deze gegevens worden verzameld en het mogelijk overervingsmechanisme kan afgeleid worden. Die gegevens kunnen ook dienen als materiaal voor de berekening van de frequentie en de verspreiding van allelen in een populatie.

−

Voor het onderzoek van het overervingsmechanisme van daltonisme vertrekt men best van een stamboomanalyse. Vooral bij stamboomonderzoek is het belangrijk dat de leerlingen er op gewezen worden dat het niet volstaat slechts één hypothese te testen, ook al blijkt die in overeenstemming te zijn met de gegevens. Mogelijk kunnen gegevens uit dezelfde stamboom ook worden uitgelegd aan de hand van een ander overervingsmechanisme.

Kweken en kruisen van fruitvliegjes Fruitvliegjes (Drosophila) worden voor het illustreren van de wetten van Mendel het meest gebruikt. Het kweken en het kruisen van het proefdier stelt bijzonder weinig moeilijkheden. Ze vertonen een aantal erfelijke kenmerken die met het blote oog gemakkelijk vast te stellen zijn. De hele levenscyclus duurt ongeveer 12 dagen zodat in korte tijd meerdere generaties kunnen bestudeerd worden. Kruisingsgegevens kunnen eventueel statistisch verwerkt worden.

Practicum 15: Biotechnologie •

Extractie van DNA De DNA-extractie kan gebeuren met uien, kiwi's … Aan 100 ml water voegt men 3 g keukenzout en 10 ml detergens toe. Een versnipperde ui, kiwi … worden in het detergensmengsel gebracht, gedurende 15 minuten in een warmwaterbad van 60°C geplaatst en daarna 5 minuten gekoeld in ijswater. De uiensnippers worden gedurende 5 seconden gemixt. De kiwi's hoeven niet gemixt te worden. Het mengsel wordt gefilterd met een koffiefilter. Het filtraat vangt men op in een proefbuis. Voor ui is het aan te raden een spatelpuntje protease (bv. pepsine) aan het filtraat toe te voegen. Laat men nu voorzichtig ijskoude ethanol op het filtraat vloeien, dan zullen er op het scheidingsvlak 'plantenextract-ethanol' dunne witte slierten van DNA gevormd worden. Een orceïne-azijnzuurkleuring bevestigt de DNA-extractie.

•

De polymerase-kettingreactie en DNA-sequencing kunnen in de klas gesimuleerd worden met behulp van papieren modellen. Alle werken instructiebladen zijn te vinden op de website van Niche http://www.nibi.nl/niche/. Een simulatie van het DNA in het gerechtelijk onderzoek (genetische vingerafdruk) is te vinden in het VOB-jaarboek 2000.

•

DNA-elektroforese Behalve via interactieve animaties die men op Internet kan vinden, kunnen DNA-stalen ook in het labo met elkaar door gel-elektroforese vergeleken worden. Het materiaal nodig voor de proef en de beschrijving van de proef zijn gratis bij VIB (www.vib.be) te bekomen.

•

Een aantal proeven in verband met biotechnologie (bv. geïmmobiliseerde gistcellen, genoverdracht door Agrobacterium tumefaciens vindt men onder http://eibe.info/ . Voor meer gesofisticeerde proeven kan men terecht op volgende website: http://www.roche-appliedscience.com/labfaqs/ .


47 D/2006/0279/049

•

Men kan ook een bezoek brengen aan gespecialiseerde labo’s en daar eventueel een practicum uitvoeren.

Practicum 16: Evolutie Enkele suggesties: •

Waarnemingen op skeletten van zoogdieren en vogels;

•

Waarnemingen op preparaten van hersenen van gewervelde dieren;

•

Waarnemingen op formolpreparaten van harten van gewervelde dieren;

•

Waarnemingen op longen van gewervelde dieren.

Noot Indien in het 2de leerjaar een 3de uur wordt ingericht, kan een gedeelte hiervan gebruikt worden voor de geïntegreerde proef.

)

Leerplannen van het VVKSO zijn het werk van leerplancommissies, waarin begeleiders, leraren en eventueel externe deskundigen samenwerken. Op het voorliggende leerplan kunt u als leraar ook reageren en uw opmerkingen, zowel positief als negatief, aan de leerplancommissie meedelen via e-mail ([email protected]) of per brief (Dienst Leerplannen VVKSO, Guimardstraat 1, 1040 Brussel). Vergeet niet te vermelden over welk leerplan u schrijft: vak, studierichting, graad, licapnummer. Langs dezelfde weg kunt u zich ook aanmelden om lid te worden van een leerplancommissie. In beide gevallen zal de Dienst Leerplannen zo snel mogelijk op uw schrijven reageren.

6

Evaluatie

Een evaluatie is geen doel op zich. Zij beoogt het verwerven van nuttige, bruikbare informatie. De resultaten van een evaluatie zijn daarom geen eindpunt, maar een start voor bijsturing van het onderwijs- en leerproces. Zij maken een diagnose mogelijk. Zij zijn o.a. normerend voor het al of niet slagen van een leerling en ze zijn belangrijke indicatoren voor het helpen oriënteren van een leerling. Een evaluatie geeft zowel informatie over het functioneren van de leerling als van de leraar. Zij controleert in hoofdzaak of de doelstellingen bereikt zijn. Formatieve toetsen (beurten, overhoringen …) zijn vooral van belang voor het bijsturen van het leerproces. Summatieve toetsen (examens, proefwerken ...) zijn normbepalend en worden gebruikt voor studieoriëntering.

6.1

Het evaluatiedomein

Een verantwoorde evaluatie onderzoekt of zowel cognitieve (kennis), psychomotorische (vaardigheden) als psychosociale (attituden) doelen bereikt zijn.

48 D/2006/0279/049


6.1.1

Vakspecifieke kennis

In de derde graad worden in het vak biologie begrippen, structuren, functies, werkingen en relaties tussen structuren en functies aangebracht. Het evalueren hiervan gaat na of leerlingen inzicht verworven hebben in de logische structuur van de aangeboden leerinhouden.

6.1.2

Vakspecifieke onderzoeksvaardigheden

Hoe goed de leerling kan denken en kan werken volgens de wetenschappelijke methode moet geëvalueerd worden in evenredigheid met de aandacht die het oefenen van deze vaardigheden tijdens de lessen gekregen heeft. Er moet nagegaan worden in hoeverre de leerling in staat is de verworven kennis in nieuwe situaties aan te wenden en op die manier zelf nieuwe kennis te verwerven. Volgende vaardigheden zijn belangrijk voor een proefondervindelijk onderzoek en zijn bijgevolg belangrijk bij een evaluatie: •

aangeboden informatie plaatsen in een vergelijkende tabel (begrip):

•

een beschreven proef voorstellen in een eenvoudige schets of schema (begrip);

•

uit verschillende behandelde experimenten een keuze maken om een bepaalde probleemstelling op te lossen (toepassing – analyse);

•

een proef die tijdens de les niet behandeld werd, voorstellen in een eenvoudige schets of schema (analyse);

•

uit een schematische voorstelling van een proef die tijdens de lessen niet behandeld werd, waarnemingen formuleren (analyse);

•

een hypothese formuleren als een mogelijk antwoord op een gesteld probleem (analyse);

•

resultaten van een proef interpreteren en gebruiken bij het oplossen van een probleem (analyse);

•

een besluit formuleren op basis van de aangeboden resultaten van een niet behandeld experiment (synthese);

•

een hypothese verantwoord aanvaarden of verwerpen op basis van eigen criteria. (evaluatie);

•

vakspecifieke technieken (microscopie, werken met laboratoriummateriaal ...) beheersen.

6.1.3

Vakspecifieke attituden

Het evalueren van attituden is niet eenvoudig. De evaluatie berust meestal op observaties die tijdens practica gebeuren. Enkele belangrijke attituden zijn: •

aandacht hebben voor veiligheidsvoorschriften, voor hygiëne en gezondheid;

•

verantwoordelijkheidsbesef t.o.v. het milieu en organismen;

•

verantwoordelijkheid nemen bij het uitvoeren van proeven;

•

bereidheid tot samenwerken;

•

luisterbereidheid;

•

bereidheid tot oplossen van opgegeven taken;

•

zin voor nauwkeurigheid;

•

zorgzaam en veilig omgaan met materiaal;

•

leergierigheid;

•

zelfvertrouwen bij het uitvoeren van opdrachten;

•

zorgvuldigheid in taalgebruik;


49 D/2006/0279/049

•

zin voor objectiviteit.

Het lijkt niet evident om al deze attituden tijdens één practicum te evalueren. Er kan bv. bij elk practicum vooraf aangekondigd worden welke attituden zullen geëvalueerd worden. Vooraf kan door de vakwerkgroep op school een schaal opgesteld of gekozen worden die als norm gebruikt wordt.

6.2

Kenmerken van goede toetsen

6.2.1

Transparantie

Het moet voor leerlingen vooraf duidelijk zijn wat je van hen verwacht. Zij moeten weten: •

welk exact afgebakend deel van de leerstof zal geëvalueerd worden;

•

welke doelstellingen nagestreefd worden;

•

welke verschillende vraagtypen je zal gebruiken;

•

welk kennisniveau verwacht wordt;

•

welke examenmethode zal gebruikt worden;

•

hoeveel tijd er aan de evaluatie mag besteed worden;

•

welke score ze minimum moeten halen.

6.2.2

Validiteit, betrouwbaarheid en duidelijkheid

De vragen moeten een weerspiegeling zijn van de onderwijsmethode die in de lessen toegepast wordt. Zij moeten uitsluitsel geven of de doelstellingen bereikt zijn. Indien het onderwijs louter docerend wordt aangeboden, is het stellen van inzichtvragen op een toets moeilijk te verantwoorden, omdat de leerlingen op het zelf denken en het zelf verwerven van inzicht niet geoefend werden. Leerlingen kunnen moeilijk zelf een experiment voorstellen om een hypothese te toetsen, indien er nooit experimenteel, volgens de wetenschappelijke methode werd gewerkt. Men kan moeilijk toepassingen (bv. vraagstukken) laten maken, indien er nooit werden opgelost tijdens de les. De gebruikte methode bepaalt dus het niveau en de aard van de vragen. Er wordt uiteraard wel rekening gehouden met het niveau van de leerlingen van de klas. Rekening houdend met de visie in de doelstellingen van het leerplan, lijkt het evident dat én de onderwijsmethode én de evaluatievragen meer gericht zullen zijn op inzichtelijk werken volgens de wetenschappelijke methode. Bij het opstellen van toetsen is het belangrijk na te kijken of een bepaalde vraag gesteld wordt om een concrete lesdoelstelling te evalueren. Het kan daarom nuttig zijn sommige toetsvragen op te stellen en te noteren direct na een les, wanneer het nog duidelijk is waarop een klemtoon werd gelegd. Een eindevaluatie moet gebaseerd zijn op voldoende evaluatiemomenten. In een evaluatie moeten voldoende vragen gesteld worden. De vragen moeten alle behandelde leerinhouden testen en dat in functie van hun belangrijkheid. De vragen moeten taalkundig goed geformuleerd zijn. Uit de vraag moet duidelijk blijken wat er precies mee bedoeld wordt en/of hoeverre het antwoord moet gaan. Of er bv. een verklaring, een uitweiding of een schets nodig is of als een opsomming van elementen volstaat, moet duidelijk blijken uit de formulering. Verschillende vraagtypen zijn wenselijk. De meetschaal moet geobjectiveerd zijn, zodat een zelfde prestatie tot eenzelfde score leidt.

50 D/2006/0279/049


6.2.3

De omstandigheden waarin de toets wordt afgelegd, moeten betrouwbaar zijn

Een degelijke controle tegen spieken is noodzakelijk. Zorg voor een rustige omgeving. Onrustig heen en weer lopen tijdens een toets of examen maakt leerlingen ook onrustig, wat hun prestatie beïnvloedt. Ook op een mondeling examen kan de persoon en de stijl van de examinator voor een belangrijk deel invloed hebben op het presteren van de leerling.

6.2.4

Normering

Van de examinator wordt verwacht dat hij een objectieve beoordeling uitspreekt en voor elke leerling identieke normen hanteert. Bij open vragen is het daarom belangrijk vooraf een normantwoord uit te schrijven, waarin alle elementen, die het correcte antwoord moet bevatten, opgenomen zijn. Hierop wordt de maximumscore bepaald en wordt consequent gequoteerd tijdens het nalezen van de antwoorden. Vanuit deze visie is het niet belangrijk op hoeveel punten de evaluatie gequoteerd wordt. Wel belangrijk is dat elk element in de antwoorden een maximum puntenscore toegemeten krijgt in verhouding tot zijn waarde in het geheel van de evaluatie. Dit aspect van een evaluatie valt ook deels onder de kenmerken validiteit en betrouwbaarheid. De score van een leerling kan na het verbeterwerk toch omgerekend worden naar het in te dienen maximum.

7

Minimale materiële vereisten

De huidige wetgeving in verband met veiligheid en hygiëne moet kunnen nageleefd worden.

7.1

Didactische infrastructuur

•

Vaklokaal uitgerust voor labowerk voor leerlingen (inclusief energiezuilen)

•

Demonstratietafel voor de leraar

•

Voldoende opbergruimte

•

Mogelijkheid om informatie op te zoeken op elektronische dragers

7.2

Didactisch materiaal

7.2.1

Organismen

•

Organismen en delen ervan

•

Insluitpreparaten (macro- en micropreparaten)

7.2.2

Vervangende leermiddelen

•

Driedimensionale modellen bv.: cel, celdeling, embryologie, nier, hart …

•

Tweedimensionale modellen −

foto’s en microdia’s

−

wandplaten of transparanten; schematische tekeningen


51 D/2006/0279/049

7.2.3 •

Voldoende projectiemogelijkheid bv. overheadprojector en diaprojector of pc met dataprojectie; videocamera en monitor

7.2.4 •

•

•

Hulpmiddelen bij observatie

Microscopen −

leerlingenmicroscopen voorzien van immersielens 100x (minstens één per twee leerlingen)

−

binoculaire loep en demonstratiemicroscoop voor de leraar

7.2.5 •

Audiovisuele middelen

Hulpmiddelen bij experimenten

Algemeen laboratoriummateriaal −

dissectiemateriaal

−

elementair microscopiemateriaal

−

glaswerk, petrischalen, thermometers …

−

balans tot op 0,01 g nauwkeurig

−

koelkast met diepvriesvak

−

andere: bv. dialysemembraan

Microbiologiemateriaal −

broedstoof

−

autoclaaf

−

entmateriaal

−

microgolfoven

Chemicaliën −

kleurstoffen

−

bewaarvloeistoffen

−

reagentia: enzymen, sachariden, voedingsbodems …

8

Bibliografie

8.1

Schoolboeken

Raadpleeg de catalogi van de uitgeverijen.

8.2 •

Brochures In het kader van het “Actieplan Natuurwetenschappen” bestaan op dit ogenblik reeds een aantal brochures die nuttige informatie bevatten voor leraars biologie.

52 D/2006/0279/049


“Didactische infrastructuur voor het onderwijs in de natuurwetenschappen” mei 1993 "Chemicaliën op school" januari 2003 – http://ond.vvkso-ict.com/vvksomain/ Deze informatie kan verkregen worden bij: VVKSO Guimardstraat 1 1040 Brussel Tel 02 507 06 49 - fax 02 511 33 57 •

8.3

“Vlarempel, ik snap het”, een brochure met de Vlaamse milieuregeling voor scholen. Deze brochure kan besteld worden op het volgend adres: Aminal Koning Albert II-laan 20, bus 8, 1000 Brussel Tel.: 02 553 80 71 – fax 02 553 80 25 E-mail: [email protected] Website: www.mina.vlaanderen.be/milieueducatie/

Naslagwerken

•

ALBRECHT JOHAN, Biotechnologie tussen hype en hysterie, Standaard Uitgeverij (De Boeck), Antwerpen, ISBN 90 341 1222 5

•

ANNE, J., GOUBAU, P., Praktische oefeningen in de microbiologie: bacteriologie, Acco, Leuven/Amersfoort, 1988, 49 pagina’s.

•

ASPERGES, A., DESFOSSES, F., et al., Planten en andere niet-dierlijke organismen, Van In, Lier, 2002, 578 pagina’s, ISBN 90 306 2944 4

•

ATLAS, Ronald M.; Microorganisms in our World, Mosby-Year Book, Inc., St-Louis, Missouri 1995, 765 pagina’s., ISBN 0 8016 7804 8

•

BANNINCK, G.B., VAN RUITEN, TH.M., Biologie informatief, Den Gulden Engel, Antwerpen, 1996. 216 pagina’s, ISBN 90 5035 427 0

•

BERNARDS, J.A., Bouman, L.N., Fysiologie van de mens, Bohn Stafleu Van Loghem, Antwerpen, 1990, 598 pagina’s, ISBN 90 313 0835 8

•

BILLIAU, A., Algemene begrippen over sterilisatie, desinfectie, aseptie, Acco, Leuven/Amersfoort, 1980, 46 pagina’s.

•

BOSSIER, M., BRONDERS, F., et al., Moderne Dierkunde, Van In, Lier, 1986, 519 pagina’s, ISBN 90 306 1524 9

•

CENTNER, J., VAN DER BREMPT, X., Atlas Immunologie-Allergologie, The UCB institute of allergy, Brussel, Uitgeverij D. Van Moerbeke UCB, Chemin du Foriest, 1420 Braine-l’Alleud.

•

COKELAERE, M., en CRAEYNEST, P., Onze genen - Handboek menselijke erfelijkheid Acco, Leuven/Amersfoort, 1998, 424 pagina’s. ISBN 90 334 4126 8

•

CORDY, J-M., Van bacterie tot Lucy, 4 miljard jaar leven op aarde, Publicatie van de Belgische Vereniging voor Paleonthologie VZW nr 14, 1994, 159 pagina’s.

•

DARNELL, J., e.a., Molecular Cell Biology Scientific American Books, W.H. Freeman and Company, New York, 1986, ISBN 0 7167 6001 0

•

De BRUIN, H., e.a., Oculair Van cel tot populatie, Educatieve Partners Nederland BV, Culemborg, ISBN 90 20 715291

•

DELEU, P., Het menselijk lichaam, Standaard Educatieve Uitgeverij, Antwerpen, 1983, 404 pagina’s, ISBN 90 02 13422 3

•

FALKENHAN, H.H., Handbuch der Praktischen und Experimentellen Schulbiologie, 8 delen, Aulis Verlag Deubner & Co, Köln.


53 D/2006/0279/049

•

FRIED GEORGE H., Schaum’s outlines of Theory and Problems of Biology, Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1990, 440 pagina’s, ISBN 0 07 022401 3

•

GREGOIRE, L., Inleiding in de Anatomie/Fysiologie van de mens, SMD, Spruyt, Van Mantgem & De Does bv.° Leiden°, 1997, 559 pagina’s, ISBN 90 238 3619 7

•

KARDONG, KENNETH, V., Vertebrates-Comparative Anatomy, Function, Evolution, Mc Graw-Hill Book Company, Inc., New York/Toronto/London, 2002, 732 pagina’s. ISBN 0 07 290956 0

•

KESSEL, R.G., KARDON, R.H.. Tissues and organs: a text atlas of scanning electron microscopy, W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1979, 317 pagina’s. (Nederlandse uitgave: Natuur en Techniek, Maastricht)

•

KIRCHMAN, L., Anatomie en fysiologie van de mens, Uitgeverij Lemma BV, Utrecht, 1995, 657 pagina’s, ISBN 90 5189 468 6

•

KROMMENHOEK, Dr. W. e.a., Biologie in Beeld, Malmberg, Den Bosch, 143 pagina’s, ISBN 90 208 8772 6

•

LANGMAN, J., Inleiding tot de embryologie, Bohn, Scheltema en Holkema, Utrecht/Antwerpen, 1982, ISBN 90 313 0517 0

•

LEYSENS, G., Microbiologie voor verpleegkundigen, Aurelia Paramedica, Sint-Martens-Latem, 1991, 87 pagina’s.

•

MACKEAN, D.G., Inleiding tot de Biologie, Wolters-Noordhoff, Groningen, 1983, 265 pagina’s, ISBN 90 01 56801 7

•

MACKEAN, D.G., Experimental Work in Biology, (7 delen met Teacher’s Guide), London, John Murray, 1971

•

MACMINN, R.M.H., Atlas van de menselijke anatomie, Medical Books, 1986, ISBN 90 252 6705 X

•

MARYNEN, P., WAELKENS, S., Het ABC van het DNA, Mens en erfelijkheid, Davidsfonds, Leuven, 1996, 149 pagina’s, ISBN 90 6152 965 4

•

RANDALL, D., BURGGREN, W., FRENCH, K., Animal Physiology W.H. Freeman and Company, San Francisco, 2002, 790 pagina’s., ISBN 0 7167 3863 5

•

RAVEN, P.H., JOHNSON, G.B., Biology, Mosby Year Book, St. Louis/ Baltimore/Boston/ London/ Philadelphia/Sydney/Toronto, 1992, 1217 pagina’s.

•

ROSS, M.H., ROMRELL, L.J., Histology, Williams & Wikins, Baltimore/Hong Kong, London, Sydney, 1985, 783 pagina’s.

•

SCHUIT, F.C., Moleculaire benadering van de geneeskunde, Bohn Stafleu Van Loghum, Houten Diegem, ISBN 90 31 3020-5

•

SHERWOOD, L., Human Physiology, West Publishing Company, Minneapolis/St.Paul, 1993, ISBN 0 314 01225 7

•

SILBERNAGEL, S., Sesam Atlas van de Fysiologie, Bosch en Keuning NV, Baarn, 1987, ISBN 90 246 7032 2

•

STEVENS, A., Histologie van de mens, Bohn Stafleu Van Loghum, 1997, 407 pagina’s, ISBN 90 313 2435 3

•

STRICKBERGER, M.W., Evolution, Jones and Barlett Publishers, Boston/Toronto/London, 2000, 722 pagina’s., ISBN 0 7637 1066 0

•

SUSANNE, C., Menselijke genetica (Laboratorium antropogenetica VUB), de Sikkel, Malle, 1987, 542 pagina’s, ISBN 90 260 3203 X

•

VAN DE GEHUCHTE, E.E., Microbiologie Practicum, Uitgave Vyncke, Gent, 1982, 452 pagina’s.VAN DE KAMP., J.J.P., CASSIMAN, J.J., e.a., Vragen over erfelijkheid, VSOPKosmos-Z&K Uitgevers B.V., Utrecht/Antwerpen, 1997, 160 glz., ISBN 90 215 9288 6

•

VERBIST, L., Algemene microbiologie voor laboratoriumassistenten, Deel I: Laboratoriummateriaal en microbiologische technieken, Deel II: De micro-organismen, Uitgeverij Acco, Leuven, 1995-1996.

54 D/2006/0279/049


•

VERSCHUUREN, Dr.G.M.N., e. a., Grondslagen van de biologie, deel 1: Cellen, deel 2: Organismen, deel 3: Populaties Educatieve Partners Nederland bv, Culemborg, 1993. (Dit is een vertaling uit het Engels van “Elements of Biological Science” van KEETON, W.T. en McFADDEN, C.H.; uitgegeven bij W.W. Norton & Company in 1983, ISBN 90 20 71372 8)

•

WILLIAMS, D., STANSFIELD, Ph. D. Theory and Problems of Genetics Schaum’s outline serie, Mc Graw Hill Book Company, New York, Department of Biological Sciences, California State Polytechnic College, 1991, 452 pagina’s, ISBN 0 07 060877 6

•

WYMER, P., Practical Microbiology and Biotechnology for Schools, Macdonald Educational, Society for General Microbiology, England, 1987,

•

Wetenschappelijke bibliotheek van NATUUR EN TECHNIEK (www.natutech.nl)

•

−

Bloed

−

Celdeling en kanker

−

De DNA-makers

−

De levende cel (2 delen)

−

Enzymen

−

Fossielen

−

Genen en gezondheid

−

Het brein in kaart

−

Immunologie

−

Menselijke verscheidenheid

−

Microbiologie

−

Nieuwe atlas van de menselijke anatomie

−

Virussen

−

...

Uitgaven van VIB (Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie) Rijvisschestraat 120, 9052 Zwijnaarde, tel 09/244 66 11 Brochures ‘Biotechnologie beter begrijpen’; lespakket Biotechnologie; cd-rom Bio Trom (nu gratis te verkrijgen)

8.4 •

Verenigingen - Tijdschriften VOB (Vereniging voor het Onderwijs in de Biologie, de Milieuleer en de Gezondheidseducatie) (URL: http://www.vob-ond.be) −

BIO tweemaandelijks mededelingenblad

−

Jaarboek

•

VELEWE (Vereniging van de leraars in de wetenschappen) Het tijdschrift draagt dezelfde naam (URL: http//www.velewe.be)

•

Werkgroep MENS (Milieu-Educatie, Natuur & Samenleving), driemaandelijks tijdschrift ‘MENS’, adres: RUCA, Groenenborgerlaan 171, 2020 Antwerpen tel 03 218 04 21 - fax 03 218 04 17

•

Praxis der Naturwissenschaften – Biologie, Aulis Verlag, Köln.

•

UNIVERSITAIRE ZIEKENHUIZEN K.U. LEUVEN, Maandelijkse Gezondheidsbrief


55 D/2006/0279/049

•

Eetbrief UGent Nieuwsbrief over Gezond en lekker eten; Verantwoordelijke uitgever Herman Van Hove Uitg. biblo n.v. Geert Wellens Brasschaatsteenweg 308 2920 Kalmthout Tel. 03 620 02 11

•

….

8.5

Uitgaven van Pedagogisch-didactische centra en Navormingscentra

In het tijdschrift ‘Forum’ vindt men op regelmatige tijdstippen een “up-to-date” lijst van adressen en telefoonnummers van die centra waar syllabi van diverse navormingen beschikbaar zijn. Enkele voorbeelden: •

Centrum Nascholing Onderwijs, U.A. Universiteitsplein 1, 2610 Wilrijk tel.: 03 820 29 60, fax 03 820 29 57;

•

DiNAC (voorheen Lico) Diocesaan Nascholingscentrum Bonnefantenstraat 1 3500 Hasselt tel.: 011 23 68 24; fax: 011 23 68 25;

•

Eekhoutcentrum, universitaire campus, 8500 Kortrijk, tel.: 056 24 61 82; fax: 056 24 69 98;

•

Pedic , Coupure Rechts 314, 9000 Gent tel.: 09 225 37 34;

•

Vliebergh Sencie leergangen: Zwarte Zustersstraat 2, 3000 Leuven, tel.:016 32 94 09; fax 016 32 94 01;

•

VVKSO: Folder Natuurwetenschappen en ethiek Bijscholing leerkrachten Microbiologie 5 maart 1994 Guimardstraat 1, 1040 Brussel tel.: 02 507 06 49; fax: 02 511 33 57

8.6 •

Software Goede vertrekpunten op Internet zijn: −

EDU Internet Vlaanderen Gebr. Desmetstraat 1, 9000 Gent tel.: 09 265 86 44 – fax: 09 265 8625 E-mail: [email protected] URL: http://www.smic.be/edu/

−

URL van het VVKSO met vakkendatabank: http://www.vsko.be/vvkso/cyberkla/hantip.htm

−

Website van VOB: deze website wordt goed onderhouden en biedt veel URL’s: http://www.vob-ond.be

−

URL van DPB-Brugge voor het secundair onderwijs met links naar biologie: http://www.sip.be/dpb/start.htm

−

URL van DPB-Gent met links naar biologie: http//kogent.smic.be/

−

http://www.digikids.be

56 D/2006/0279/049


•

Digitale wetenschappelijke bibliotheek van NATUUR EN TECHNIEK Belangrijke cd-rom's: −

Microbiologie (1997)

−

De rijkdom van bloed (1999)

−

Medicijnen (2000-2001)

−

….

•

Het digitale archief van NATUUR EN TECHNIEK 10 jaargangen van Natuur en Techniek en één cd-rom

•

Focus on genes (uitgave van CMED – 2002)

•

Focus on plants (uitgave van CMED – 2003)

•

MENS 10 jaar gentechnologie (uitgave CMED - 2002)

•

Bio Trom (uitgave VIB – 2003)

•

….

Raadpleeg hiervoor de catalogi van de uitgeverijen


57 D/2006/0279/049

TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO TV TOEGEPASTE CHEMIE Eerste leerjaar: 5-6 uur/week Tweede leerjaar: 6 uur/week

3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste chemie

59 D/2006/0279/049

Inhoud 1

Beginsituatie........................................................................................................61

2


2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Inleiding............................................................................................................................................61 Het verwerven van fundamentele chemische inzichten..............................................................61 Het beheersen van laboratoriumtechnieken ................................................................................62 Het verwerven van een positief-wetenschappelijke probleemaanpak ......................................62 Het veilig leren omgaan met chemicaliën en laboratoriumapparatuur .....................................62 Verwerven van attitudes.................................................................................................................62

3

Pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen ..........................63

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Laboratoriumoefeningen ................................................................................................................63 Rekenen in de chemie en het gebruik van eenheden..................................................................65 Herhaling en verdieping .................................................................................................................66 Computergebruik (ICT) ...................................................................................................................67 Voorstel urenverdeling ...................................................................................................................68

4

Overzicht van de leerinhouden ..........................................................................68

5

Leerplandoelstellingen, leerinhouden en didactische wenken.......................71

6

Evaluatie ..............................................................................................................81

6.1 6.2

Algemeen .........................................................................................................................................81 Evaluatie van laboratoriumoefeningen (leerlingenpractica) ......................................................82

7

Minimale materiële vereisten .............................................................................82

8

Bibliografie ..........................................................................................................84

60 D/2006/0279/049

Techniek-wetenschappen 3de graad tso TV Toegepaste chemie

1

Beginsituatie

De leerlingen hebben in de tweede graad de studierichting Techniek-wetenschappen gevolgd. De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van de vakken AV Chemie (theorie) en TV Toegepaste chemie (laboratorium) van deze studierichting gelden als beginsituatie. Deze doelstellingen staan in verband met volgende onderwerpen: •

het structuurmodel van de materie:

•

atoombouw en periodiek systeem;

•

de chemische reactie;

•

de chemische binding en chemische verbindingen;

•

chemische verbindingsklassen;

•

het gedrag van stoffen in water;

•

kwantitatieve aspecten in chemie;

•

studie van reacties met behoud en met verandering van oxidatiegetal.

•

het beheersen van elementaire laboratoriumtechnieken.

Leerlingen uit de tweede graad Biotechnische wetenschappen tso kunnen zonder problemen aansluiten. Eventueel kunnen er ook leerlingen instromen uit de studierichting Wetenschappen 2de graad aso.

2


2.1

Inleiding

Chemie zal door de leerlingen ervaren worden als een belangrijk onderdeel van hun vorming. Ze worden zich bewust van de gunstige invloed die chemie heeft op onze welvaart en onze samenleving. Ze moeten op een objectieve manier kunnen oordelen over bepaalde milieuproblemen die hiermee gepaard gaan en over mogelijke oplossingen. Ze verwerven een gefundeerde attitude in verband met het veilig en milieubewust omgaan met stoffen. Hiervoor moeten ze kennis verwerven gebaseerd op inzicht. Door de wisselwerking tussen theorie en laboratoriumoefeningen verwerven de leerlingen fundamentele chemische inzichten en leren ze belangrijke laboratoriumtechnieken te beheersen. Zij beheersen laboratoriumtechnieken, kunnen probleemoplossend denken en handelen en zijn in staat om te leren onderzoeken en onderzoekend te leren. Hierdoor worden ze voorbereid op hoger onderwijs.

2.2

Het verwerven van fundamentele chemische inzichten

De leerlingen verwerven een dieper inzicht in: •

•

het verloop van chemische reacties met inbegrip van evenwichtsreacties en kunnen deze verworven inzichten toepassen op specifieke evenwichtsreacties zoals bij −

zuur-base evenwichten;

−

redoxevenwichten;

−

heterogene evenwichten;

−

complexvorming;

belangrijke analysemethoden en hun toepasbaarheid;


61 D/2006/0279/049

•

het verband tussen enerzijds structuur en samenstelling van koolstofverbindingen en anderzijds hun belangrijkste eigenschappen;

•

reactietypes en organische synthese.

2.3

Het beheersen van laboratoriumtechnieken

Deze laboratoriumtechnieken staan in verband met: •

het gebruik van balansen;

•

de keuze en het hanteren van het gepaste volumetrisch glaswerk;

•

het uitvoeren van titraties met verwerking van de meetresultaten;

•

het uitvoeren van een eenvoudige organische synthese met zuivering, identificatie en onderzoek van eigenschappen van de gesynthetiseerde producten.

2.4

Het verwerven van een positief-wetenschappelijke probleemaanpak

De leerlingen kunnen: •

een probleem zien en formuleren van;

•

een hypothese verwoorden en toetsen aan de werkelijkheid door middel van experimenten waaruit gepaste conclusies getrokken worden en waarover gerapporteerd wordt;

•

verworven kennis toepassen van bij het probleemoplossend denken en handelen.

2.5

Het veilig leren omgaan met chemicaliën en laboratoriumapparatuur

De leerlingen kunnen: •

eigenschappen van de te hanteren stoffen vooraf opzoeken waarbij ook gebruik gemaakt wordt van de betekenis van de R- en S-zinnen en van de gevaarsymbolen;

•

verworven kennis toepassen bij het verantwoord omgaan met de materie.

2.6

Verwerven van attitudes

Volgende attitudes worden verworven: •

het ingesteld zijn om veilig en milieubewust om te gaan met chemicaliën en laboratoriummateriaal;

•

aandacht hebben voor het correct weergeven van gegevens en resultaten;

•

de bereidheid tot samenwerken.

62 D/2006/0279/049


3

Pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen

3.1

Laboratoriumoefeningen

De didactische aanpak is gekenmerkt door de unieke wisselwerking tussen theorie en laboratoriumoefeningen. De laboratoriumoefeningen beogen daarbij de volgende doelstellingen: •

het aanbrengen en verduidelijken van leerinhouden;

•

ontwikkelen van handvaardigheid;

•

beheersen van laboratoriumtechnieken;

•

concretiseren van de leerstof als hulpmiddel bij het evolueren van concreet naar abstract;

•

leren onderzoeken - onderzoekend leren.

De helft van de beschikbare lestijden wordt besteed aan laboratoriumoefeningen. door de leerlingen uit te voeren. Dit betekent dat er ca 60 lestijden in het 1ste leerjaar en ca 75 in het 2de besteed worden aan deze leerlingenpractica. De laboratoriumoefeningen kunnen vrij gekozen worden. Ze sluiten aan bij de leerstof en moeten gespreid worden over gans de leerstof waarbij alle rubrieken aan bod komen parallel met de leerstof. Binnen elke rubriek mag er een keuze gemaakt worden. Een gedeelte van de laboratoriumuren mag gebruikt worden voor experimenteel werk in het kader van de geïntegreerde proef. In volgende tabel bevindt zich een voorstel voor de laboratoriumoefeningen. Herhaling: veiligheids- en milieuaspecten 1

2

Fijnstructuur van de materie • Vlamproeven •

Vergelijkende studie van de evolutie van fysische constanten van enkelvoudige stoffen en van verbindingen in een groep of een periode (groepen Ia, IIa en VIIa)

•

Verband tussen enerzijds chemische binding, moleculaire interacties en anderzijds fysische eigenschappen zoals normaal voorkomen, oplosbaarheid, elektrisch geleidingsvermogen, dichtheid (kan geïntegreerd worden bij de organische synthese)

Koolstofchemie (deel 1) • Kwalitatieve organische analyse: opsporen van C, H, N, O, S, X (halogeen) in koolstofverbindingen •

3

4

Bereiding en/of onderzoek van eigenschappen van: een alkaan, alkeen, alkyn, halogeenalkaan (bv broompentaan, broomethaan)

Chemisch evenwicht •

Voorkomen

•

Verschuiven

Analytische chemie (deel 1) • Aspecten van kwantitatieve analyse: gebruik van volumetrisch glaswerk, analytische balans, bereiding van oplossingen voor zuur/base-analyse, laboratoriumoefeningen gekoppeld aan chemisch rekenen (concentratiebepalingen) •

Zuur/base-analyse: −

bereiding en standaardisatie van een HCl-oplossing

−

bereiding en standaardisatie van een NaOH-oplossing


63 D/2006/0279/049

•

5

−

pH-metingen, opstellen van een titratiecurve, keuze van zuur/base-indicator

−

toepassingen met bij voorkeur stoffen die aansluiten bij de leefwereld zoals

−

het bepalen van azijnzuurgehalte in huishoudazijn, van NaOH in ontstopper,

−

fosforzuur in cola (eerst behandelen met actieve kool), Ca-gehalte in eierschaal, ammoniakgehalte in sommige reinigingsmiddelen, acetylsalicylzuur in aspirine

−

bereiding van een buffer met testen van de buffercapaciteit

Spectrofotometrie −

apparatuur (beschrijving)

−

wet van Lambert-Beer

−

spectrofotometrische bepalingen bv. Nitraatgehalte in bodem en grondwater, absorptiecurven bepalen van chlorofyl in bladgroen

Analytische chemie (deel 2) • Neerslagtitraties: argentometrische bepaling met methodes van Mohr bv. bepaling van chloridegehalte in leidingwater, zeewater, zwembad. •

Complexometrische titraties: bepaling van de hardheid van water

•

Redoxreacties: opstellen van een spanningsreeks, uitvoeren van redoxreacties met belangrijke oxidatoren en reductoren, bouwen van een galvanische cel met meting van de bronspanning, elektrolyse (enkel kwalitatief)

•

Redoxtitraties: −

Permanganometrie: standaardisatie van een KMnO4-oplossing, toepassingen zoals het bepalen van het ijzergehalte in een scheermesje of in antimos, het bepalen van het oxaalzuurgehalte in technisch oxaalzuur

−

jodometrie: bereiding en standaardisatie van een Na2S2O3-oplossing, bepalen van het zuurstofgehalte in water, van het H2O2- gehalte in zuurstofwater, het ClO- -gehalte in bleekwater, sulfietgehalte in witte wijn

Potentiometrie: uitvoeren van een potentiometrische redoxtitratie, grafisch bepalen van het eindpunt (gebruik maken van computer) 6

Koolstofchemie (deel 2) •

Distillatie van bier of wijn, bepaling van alcoholgehalte

•

Eigenschappen onderzoeken en eventueel de bereiding uitvoeren van: −

Een aldehyde bv ethanal

−

Een keton bv ethylmethylketon, aceton, cyclohexanon (bepaling rendement)

−

Een ester bv. iso-amylacetaat

−

Een zeep

•

Onderzoek van eigenschappen en identificatiereacties bij vetten, suikers, eiwitten en aminozuren

•

Kunststoffen: synthese en identificatie

Bij de keuze van chemicaliën voor demonstratie- en leerlingenproeven volgt men de aanbevelingen uit de brochure 'Chemicaliën op school' (zie bibliografie). Afvalstoffen worden onder toezicht van de leraar door de leerlingen gesorteerd en verder opgeslagen. Door de vakwerkgroep kan er in samenspraak met de directie een laboratoriumreglement (leefregels) opgesteld worden 64 D/2006/0279/049


Alvorens met de uitvoering te beginnen moeten de leerlingen het instructieblad aandachtig gelezen hebben. Van elke laboratoriumoefening wordt er door de leerlingen een verslag gemaakt. Het afwerken van het verslag kan gerust als huistaak opgegeven worden. Bij een gesloten practicum wordt het verslag gemaakt door het invullen van instructiebladen waarop door de leraar het volgende kan opgegeven worden: •

de doelstellingen van het practicum;

•

benodigdheden;

•

R- en S-zinnen met hun betekenis en gevaarsymbolen;

•

opdrachten, werkwijze/proefopstelling.

•

enkele denkvragen.

De taak van de leerling bij het maken van het verslag bestaat dan uit het weergeven van: •

theoretische beschouwingen;

•

waarnemingen en resultaten;

•

besluit;

•

antwoorden op via het instructieblad gestelde vragen.

3.2

Rekenen in de chemie en het gebruik van eenheden

Bij het oplossen van vraagstukken zoals bij stechiometrische berekeningen zal men voor het weergeven van het resultaat rekening houden met de benaderingsregels die aangebracht en toegepast worden in het vak fysica. Het is belangrijk dat de leerlingen oog hebben voor het aantal beduidende cijfers in een gegeven en in een resultaat. Het is aangewezen dat bij het oplossen van rekenvraagstukken de berekeningen uitgevoerd worden op het einde van de bewerkingen omdat anders de nauwkeurigheid van het resultaat vermindert en de gevolgde methode minder overzichtelijk is. De gebruikelijke eenheden in de chemie wijken soms af van de klassieke SI-eenheden bijvoorbeeld: •

volume: mL en L;

•

molariteit: mol.L-1 (voor de eenheid wordt het symbool M niet meer gebruikt);

•

molmassa: g.mol-1 ;

•

molvolume: L.mol-1;

•

dichtheid: kg.L-1

Wanneer men de toestandsvergelijking van een ideaal gas gebruikt moet men voor het volume de eenheid m3 nemen vermits R = 8,31 J.K-1 .mol-1 als een SI-eenheid wordt uitgedrukt. Ook wordt het onderscheid gemaakt tussen een getal en een constante, bijvoorbeeld •

het getal van Avogadro: 6,02.1023

•

de constante van Avogadro: 6,02.1023mol-1 (deeltjes zoals atomen, ionen, moleculen ... per mol)

In gedrukte teksten (zoals cursusteksten, opgaven)worden de grootheden cursief en de eenheden recht weergegeven, bijvoorbeeld n = 0,20 mol , c = 0,010 mol.L-1 en pH = 2,18.


65 D/2006/0279/049

3.3

Herhaling en verdieping

Sommige onderwerpen die in de 2de graad aan bod kwamen en nu niet meer vermeld worden bij de leerinhouden moeten in de 3de graad herhaald en meer uitgediept worden zoals: •

chemisch rekenen met inbegrip van stechiometrische berekeningen;

•

naamvorming bij anorganische verbindingen.

3.3.1

Stechiometrische berekeningen

Stechiometrische berekeningen komen aanbod bij huistaken en bij laboratoriumoefeningen. Het is belangrijk dat de leerlingen de coëfficiënten in een reactievergelijking en de stechiometrische verhoudingen kunnen interpreteren. Zo worden massa-, volume- en concentratiegegevens gebruikt om stofhoeveelheden te berekenen van reagentia en/of reactieproducten waarna de stechiometrische berekeningen uitgevoerd worden steunend op de stechiometrische verhoudingen. Het is af te raden om berekeningen te maken door (herhaaldelijk) de ‘regel van drie’ toe te passen. De stechiometrische berekeningen kunnen aan bod komen bij: •

het onderscheid tussen aflopende reacties en evenwichtsreacties;

•

bereiding van koolstofverbindingen;

•

reacties met koolstofverbindingen;

•

zuur/basetitraties;

•

neerslagtitraties;

•

redoxtitraties;

•

…

3.3.2

Naamvorming bij anorganische verbindingen

Bij de anorganische verbindingen kunnen de leerlingen bij een gegeven naam de juiste formule opgeven en bij een gegeven formule een juiste benaming. Hierna volgen ter verduidelijking de regels die toegepast worden bij de naamvorming van anorganische verbindingen. Voor de zuren worden de vereenvoudigde systematische namen gebruikt waarbij het aantal H door een telwoord mag worden aangeduid. Voor sommige zuren bestaan er nog veel triviale namen die men best ook geeft. Voorbeelden: •

HCl: waterstofchloride (met zoutzuur als een triviale benaming voor de waterige oplossing);

•

H2SO4: diwaterstofsulfaat of waterstofsulfaat (met zwavelzuur als triviale naam);

•

HNO2: waterstofnitriet (met salpeterigzuur als triviale naam);

•

H3PO4: triwaterstoffosfaat of waterstoffosfaat (met fosforzuur als triviale naam).

66 D/2006/0279/049


Voor de naamvorming van oxiden, hydroxiden en zouten moeten we rekening houden met het feit dat de verhouding van het aantal atomen en (of) atoomgroepen in de neutrale verbinding al dan niet door het vaste bindingsvermogen of door het vaste oxidatiegetal van de partners vastligt. Indien het positief gedeelte van de formule slechts één oxidatiegetal (OG) heeft dan moeten we deze natuurlijk niet vermelden en mogen de namen van de bindingspartners (positief en negatief gedeelte) voorafgegaan worden door Griekse numerieke voorvoegsels. Wanneer het positief gedeelte van de formule meer dan één OG kan hebben dan zijn er voor de verbinding twee mogelijkheden voor wat de naamvorming betreft namelijk: •

een systematische naamgeving met verplichte Griekse numerieke voorvoegsels om het aantal weer te geven;

•

een Stocknotatie, hierbij wordt het OG (oxidatiegetal) van het metaal of van het niet-metaal tussen haakjes achter de naam van het betreffende element geschreven en gevolgd door de naam van het niet-metaal of van het anion ( het oxidatiegetal wordt steeds door een Romeins cijfer voorgesteld).

We illustreren dit met enkele voorbeelden: •

Al2O3: dialuminiumtrioxide of aluminiumoxide

•

N2O5: distikstofpent(a)oxide of stikstof(V)oxide

•

Cr2(SO4)3: dichroomtrisulfaat of chroom(III)sulfaat.

Het is aan te raden om in de derde graad de Griekse voorvoegsels enkel weer te geven wanneer ze absoluut noodzakelijk zijn. Dit betekent bijvoorbeeld aluminiumoxide en niet dialuminiumtrioxide, natriumsulfaat en niet dinatriumsulfaat.

3.4

Computergebruik (ICT)

Het gebruik van de computer in chemie (theorie en lab) hangt van vele factoren af zoals o.a. het aantal leerlingen in de klas, infrastructuur van het lab, beschikbaarheid en ligging (t.o.v. het lab) van het computerlokaal, beschikbaarheid van software en de computerconfiguratie. Enkele voorbeelden waarbij de computer kan gebruikt worden: •

verwerken (berekeningen en grafieken tekenen) van gegevens en meetresultaten met een rekenbladprogramma.

•

opstellen van een laboratoriumverslag. Hierbij kunnen tekst, figuren en grafieken geïntegreerd worden.

•

real-time-metingen bv. zuur-base titratie, potentiometrische titratie.

•

bestuderen van molecuulmodellen op Internet of cd-rom. Voor deze modellen is een plug-in nodig (bv. chime) die echter gratis te downloaden is van het Internet.

•

animaties van chemische processen.

•

een presentatie maken van een uitgevoerd practicum bv. in het kader van de geïntegreerde proef.

•

gebruik van elektronische gegevensbanken (op cd-rom of Internet) bv. het opzoeken van gegevens bij de vergelijkende studie van elementen van het periodiek systeem, het opzoeken van gegevens van bepaalde chemische stoffen (MSDS-sheets).

•

simulaties van chemische processen bv. simulatie van een zuur-basetitratie, simulatie van een chemisch evenwicht.


67 D/2006/0279/049

3.5

Voorstel urenverdeling

Rekening houdend met 25 effectieve lesweken per schooljaar kan om de leraar behulpzaam te zijn bij het opstellen van de jaarplanning volgende richtinggevende urenverdeling voorgesteld worden. LEERINHOUDEN

AANTAL LESUREN

Laboratoriumoefeningen (1ste leerjaar)

60

1

Fijnstructuur van de materie

25

2

Koolstofchemie (deel 1)

12

3

Chemisch evenwicht

4

Analytische chemie (deel 1)

6 (8) 22 (20)

Laboratoriumoefeningen (2de leerjaar)

75

5


25

6


50

De leerstof mag vrij verdeeld worden over beide leerjaren. De volgorde van de leerinhouden mag vrij gekozen worden doch moet logisch zijn. Het is aan te raden om de leerstofpunten 1, 2,3 en 4 in het 1ste leerjaar en de leerstofpunten 5 en 6 in het 2de leerjaar te plaatsen.

4

Overzicht van de leerinhouden

Elk leerjaar wordt de helft van de beschikbare tijd (in het 1ste leerjaar ongeveer 60 en in het 2de ongeveer 75) besteed aan laboratoriumoefeningen (leerlingenpractica). De volgorde en de verdeling van de inhouden over beide leerjaren is niet bindend. Hierna volgt een voorstel voor verdeling en volgorde. EERSTE LEERJAAR 1


Elektronenconfiguratie van elementen •

Atoombouw (herhaling en verdieping)

•

Begrip orbitaal

•

Hoofd- en subenergieniveaus

•

Elektronenconfiguratie

De chemische binding en verbindingen •

Ionisatie-energie en elektronenaffiniteit

•

Roosterenergie

68 D/2006/0279/049


•

Stabiliteit van ionverbindingen

•

Polair karakter van een binding

•

Lewis-structuren

•

Geometrie van verbindingen

•

Interacties tussen deeltjes

•

−

Vanderwaals-krachten

−

Dipoolkrachten

−

Waterstofbruggen

Legeringen

2


•

De bindingen van koolstof

•

Koolwaterstoffen

•

Halogeenkoolwaterstoffen

3

Chemisch evenwicht

•

Omkeerbare reacties en evenwichtsreacties

•

Evenwichtsconcentraties en evenwichtsconstante

•

Verschuiving van het chemisch evenwicht

4 •

•

Analytische chemie (deel 1) Elektrolyten −

Ionisatiegraad

−

Definitie voor de pH van een oplossing

−

Zuur-baseconcept volgens Brönsted

−

Zuur- en baseconstante

−

pH-berekeningen

−

Buffermengsels

Zuur-basetitraties −

Equivalentiepunt

−

Titratiecurve

TWEEDE LEERJAAR 5 •

Analytische chemie (deel 2) Heterogeen evenwicht −

Oplosbaarheidsproduct en oplosbaarheid

−

Neerslagtitratie


69 D/2006/0279/049

•

•

Complexometrie −

Vorming, stabiliteit en toepassingen van complexionen

−

Complextitratie

Redoxverschijnselen −

Oxidator en reductor

−

Redoxkoppels

−

Vergelijking van Nernst (U)

−

Normpotentiaal en sterkte van oxidator en reductor

−

Redoxvergelijkingen

−

Toepassingen

−

Redoxtitraties

6


•

Benzeen en homologen

•

Mono- en bifunctionele koolstofverbindingen

•

Aldehyde-, keton-, ether-, alcohol-, carboxyl-, ester-, zuuranhydride-, zuurchloride-, nitro-, amine- en amidefuncties

•

Biochemisch belangrijke stoffen

•

−

Hydroxycarbonzuren

−

Gluciden

−

Aminozuren

−

Proteïnen

−

Lipiden

Kunststoffen −

Vorming

−

Eigenschappen en indeling

−

Toepassingen

70 D/2006/0279/049


5

Leerplandoelstellingen, leerinhouden en didactische wenken

Er geschiedt een evenredige verdeling tussen theorie en laboratorium. Elk leerjaar wordt de helft van de beschikbare tijd besteed aan laboratoriumoefeningen gespreid over gans het schooljaar. De doelstellingen en de didactische wenken bij de laboratoriumoefeningen bevinden zich in de rubrieken 2 (Algemene doelstellingen) en 3 (Algemeen pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen) 1


1.1

Elektronenconfiguratie van de elementen


LEERINHOUDEN

1

Een omschrijving geven voor het begrip orbitaal.

Begrip orbitaal

2

De elektronenconfiguratie van een element weer- Elektronenconfiguratie geven, interpreteren en de relatie leggen met de Hoofd- en subenergieniveaus plaats in het PSE.

3

Factoren die een invloed uitoefenen op de grootte Grootte van atomen en mono-atomische ionen van de atomen en mono-atomische ionen toelichten.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 1

Eerst geschiedt er een herhaling en verdieping van de atoombouw waarbij men zich baseert op het atoommodel volgens Bohr-Sommerfeld. De opbouw van het PSE wordt verder verduidelijkt. Een orbitaal wordt gedefinieerd als een ruimte waarin de trefkans voor een elektron van het atoom groter is dan 0,95. Het is ten zeerste aan te raden om voor de s- en p- orbitalen modellen ter illustratie te gebruiken. Hierdoor zal het voor de leerlingen duidelijk worden dat een orbitaal niet mag verward worden met een elektronenbaan. Hier kunnen ook ict-toepassingen gegeven worden.

2

Het onderscheid tussen hoofd- en subenergieniveau wordt gemaakt bij de interpretatie van de elektronenconfiguratie. De hokjes en de exponentnotatie worden gebruikt. De regels van Pauli en Hund worden toegepast waarbij gebruik gemaakt wordt van het diagonaalschema. Aan de hand van een energiediagram kan de relatie gelegd worden tussen energie-inhoud en orbitaal. De relatie tussen elektronenconfiguratie en groep en periode in het PSE wordt gelegd. De kwantumgetallen worden hier enkel als technisch hulpmiddel gebruikt.

3

Er wordt gesteund op de elektrostatische krachtwerking tussen kern en elektronen en tussen elektronen onderling.

1.2

De chemische binding en verbindingen


LEERINHOUDEN

4

Het tot stand komen van een ionbinding verwoor- Ionbinding den en toelichten.

5

De ionisatie-energie en de elektronenaffiniteit defi- Ionisatie-energie niëren en de relatie leggen met resp. het metaalka- Elektronenaffiniteit rakter en het niet-metaalkarakter.


71 D/2006/0279/049

6

Het begrip roosterenergie omschrijven en in ver- Roosterenergie band brengen met de stabiliteit van de ionverbinding.

7

Het tot stand komen van een covalente binding Covalente binding verwoorden en toelichten. − Vorming

8

Het polair karakter van een covalente binding in verband brengen met het verschil in EN-waarde.

9

Lewis-structuren opstellen.

−

polair karakter

Lewis-structuur

10 Aan de hand van een eenvoudige Lewis-structuur Geometrie van verbindingen de geometrie van een verbinding bepalen en toelichten. 11 Steunend op de geometrie het al dan niet polair Polaire en apolaire verbindingen karakter van een verbinding bepalen. 12 Eigenschappen van legeringen in verband brengen Legeringen met de metaalbinding. 13 Interacties tussen deeltjes (moleculen, ionen) ver- Interacties tussen deeltjes klaren en hun invloed op fysische eigenschappen bepalen.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 4 5

Het begrip EN-waarde en de ionbinding worden hier meer uitgediept.

6

Het totstandkomen van de ionbinding wordt hier meer uitgediept. De leerlingen zien in dat bij vorming van vele ionsoorten de edelgasconfiguratie niet bereikt wordt. De stabiliteit van ionverbindingen kan hier berekend worden. Het al dan niet kunnen voorkomen van een ionverbinding wordt hiermee in verband gebracht.

7

Hier geschiedt ook eerst een uitdieping van de atoombinding of de covalente binding. Hierbij baseert men zich op de elektronenconfiguratie. Promotie van een elektron, hybridisatie van orbitalen en overlapping van atoomorbitalen kunnen hier aan bod komen. Ook hier zien de leerlingen in dat de edelgasconfiguratie niet altijd bereikt is.

8

Het begrip partiële lading wordt hier herhaald en uitgediept. Bij de donor-acceptorbinding kan het begrip ‘formele lading’ ingevoerd worden.

9

De leerlingen stellen eerst Lewis-structuren voor van moleculen en vervolgens van polyatomische ionen. Mesomerie kan hier reeds aangebracht worden.

10 Hier wordt gebruik gemaakt van stereomodellen. De geometrie wordt verklaard op basis van repulsie tussen elektronenparen van de buitenste schil. Zowel de bindings- als de niet-bindingselektronenparen worden hierbij betrokken. Het invoeren van het sterisch getal kan een eenvoudig hulpmiddel zijn om de geometrie van een verbinding te bepalen. 11 Het begrip dipool wordt hier gehanteerd. 12 Hier geschiedt een herhaling van de metaalbinding Men zal een metaal voorstellen als een rooster bestaande uit positieve ionen en vrije elektronen.

72 D/2006/0279/049


De elektrische geleidbaarheid, de warmtegeleiding, plooibaarheid en hardheid kunnen hier besproken worden. De hardheid van staal kan door een visuele voorstelling toegelicht worden 13 Bij de interacties tussen deeltjes zal men spreken over Vanderwaals-krachten (tussen apolaire moleculen), dipoolkrachten en waterstofbruggen alsook de interacties tussen ionen en moleculen (complexen van zilveren koperionen) De sterkte van de H-bruggen wordt besproken. Het verband wordt gelegd tussen polariteit en oplosbaarheid. Ook het oplossen van ionverbindingen komt aan bod. De hydratatie komt in de 2de graad als uitbreiding voor.

2


2.1

De bindingen van koolstof


LEERINHOUDEN

14 De bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom in relatie brengen met de elektronenconfiguratie. 15 Het begrip ‘bindingsenergie’ omschrijven en in Bindingsenergie relatie brengen met de sterkte van koolstofbindingen. 16 De ruimtelijke structuur van eenvoudige koolstof- Ruimtestructuur verbindingen bepalen.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 14 Bij de aanvang van de studie van de koolstofchemie kan het onderscheid tussen organische en anorganische stoffen gemaakt worden. Men kan steunen op de didactische wenken die horen bij doelstelling 7. 15 Homolytische en heterolytische doorbraak van een binding wordt hier besproken. Voor wat de bindingsenergie betreft wordt er gebruik gemaakt van tabelgegevens waaruit onder andere verklaard wordt dat een dubbele binding niet tweemaal sterker is dan een enkelvoudige. 16 Men kan steunen op de didactische wenken die horen bij doelstelling 10.

2.2

Koolwaterstoffen


LEERINHOUDEN

17 De algemene formule van alkanen, alkenen en Algemene formule: alkanen, alkenen en alkynen alkynen interpreteren en weergeven. 18 Isomeren op basis van een eenvoudige gegeven Structuurisomerie molecuulformule (brutoformule) opstellen. Geometrische isomerie (cis-transisomerie) 19 Voor eenvoudige alkanen, alkenen en alkynen een Naamvorming correcte benaming geven. 20 Fysische en chemische eigenschappen in verband Fysische en chemische eigenschappen brengen met de samenstelling en structuur van de moleculen.


73 D/2006/0279/049

21 De invloed van naburige bindingen op de polariteit Inductief effect (U) van een binding in eenzelfde molecule toelichten. (U) 22 Enkele toepassingen van koolwaterstoffen ver- Industriële toepassingen woorden en toelichten.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 17 De alkadiënen kunnen hier ook bij betrokken worden. 18 Het aangewezen gebruik te maken van stereomodellen. Cycloalkanen en cycloalkenen kunnen bij de voorbeelden aan bod komen. De optische isomerie wordt gezien bij de polyfunctionele koolstofverbindingen. Dit punt kan gekoppeld worden aan de studie van de naamvorming. 19 Het begrip ‘radicaal’ wordt hier reeds aangebracht. 20 Hiervoor steunt men op het apolair karakter van KWS en op het onderscheid tussen verzadigde en onverzadigde KWS. Normaal voorkomen, smeltpunt, kookpunt, oplosbaarheid, verbranding, substitutie, additie, en polymerisatie komen aan bod. 21 Er wordt benadrukt dat niet alleen het verschil in EN-waarde bepalend is voor het al dan niet polair zijn van een binding en voor het polair karakter. (U) 22 Petroleum, aardgas, white spirit, paraffine, …kunnen als voorbeeld gegeven worden.

2.3

Halogeenhoudende koolstofverbindingen


LEERINHOUDEN

23 Van een eenvoudige verzadigde halogeenhouden- Naamvorming de koolstofverbinding een correcte benaming geven. 24 Fysische en chemische eigenschappen in verband Eigenschappen brengen met de samenstelling en de structuur van de moleculen. 25 Enkele toepassingen verwoorden en toelichten.

Toepassingen

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 23 Het principe van de isomerie kan hier toegepast worden. 24 Het mechanisme van een SN –reactie kan hier gegeven worden. Het onderscheid tussen SN1 en SN2 moet hier niet gemaakt worden. Het inductief effect en het inductomeer effect kunnen betrokken worden bij de verklaring van chemische eigenschappen. 25 Freonen, vinylchloride, teflon, trichlooretheen (droogkuis).

74 D/2006/0279/049


3

Chemisch evenwicht


LEERINHOUDEN

26 Omkeerbare en evenwichtsreacties omschrijven.

Omkeerbare reacties Evenwichtsreacties

27 Het verband tussen evenwichtsconstante en even- Evenwichtsconstante Kc wichtsconcentraties uitdrukken, interpreteren en Evenwichtsconcentratie toepassen in stechiometrische berekeningen. 28 De verschuiving van een chemisch evenwicht Verschuiving van het chemisch evenwicht voorspellen en verklaren.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 26 De functie en de werking van hemoglobine kan hier als context gegeven worden. Enthalpie- en entropieveranderingen worden hier niet beschouwd. 27 Stechiometrische berekeningen voor aflopende reacties kunnen hier herhaald worden. 28 Het principe van Le Châtelier wordt hier vermeld en toegepast.

4


4.1

Elektrolyten


LEERINHOUDEN

29 De ionisatiegraad definiëren van een ionogene stof Ionisatiegraad opgelost in water. 30 Het ionenproduct van water omschrijven en hieruit Ionenproduct van water de definitie van de pH van een oplossing afleiden pH-definitie en verwoorden. 31 De zuur-basetheorie volgens Brönsted verwoor- Zuur-baseconcept volgens Brönsted den. 32 Zuur-basekoppels aanduiden in een gegeven reac- Zuur-basereactie tie en zelf eenvoudige zuur-basereacties opstellen. Zuur-basekoppels 33 De zuur- en de baseconstante interpreteren en in Zuur- en baseconstante relatie brengen met de sterkte van de zuur- en de basedeeltjes. 34 Tabellen met zuurconstanten gebruiken om de Gebruik van tabellen met zuurconstanten baseconstante van een geconjugeerde base te berekenen. 35 Eenvoudige pH-berekeningen maken voor oplos- pH van een oplossing: berekeningen singen van ionogene stoffen en ionofore stoffen. 36 Doel en de samenstelling van een buffer verwoor- Buffermengsels den en de pH van een buffer berekenen. Doel, samenstelling, pH


75 D/2006/0279/049

37 De werking van een buffer aan de hand van een Werking en toepassing toepassing illustreren en toelichten.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 29 Het onderscheid tussen dissociatie in ionen bij ionofore stoffen en de ionisatie bij ionogene stoffen wordt hier herhaald. 30 In de tweede graad hebben de leerlingen de pH-schaal leren interpreteren, nu wordt het verband gelegd met de concentratie van de hydroniumionen. 31 Het onderscheid met de theorie van Arrhenius wordt eerst gelegd. Zuren en basen worden nu gedefinieerd als deeltjes. Men kan spreken over zuur- en basedeeltjes of over Brönstedzuren en -basen. 32 Er worden eerst voorbeelden gegeven van protolysereacties met watermoleculen als zuur- of basedeeltjes. Vervolgens kunnen er neutralisatiereacties gegeven worden. Het begrip amfolyt wordt hier ingevoerd. 33 Deze relatie wordt gelegd steunend op het verband met de evenwichtsconcentraties. Van de bij het evenwicht betrokken deeltjes. 34 Ook bij amfolyte deeltjes deze berekeningen laten maken. 35 De pH-berekeningen worden gemaakt voor oplossingen van sterke en zwakke zuren, ammoniak (als zwakke base), oxiden, hydroxiden en eventueel ook enkele zouten. Bij zouten kan men de leerlingen op basis van de samenstelling laten bepalen of de oplossing basisch, neutraal of zuur zal zijn zonder hiervoor pH-berekeningen te maken. 36 Er wordt gebruik gemaakt van de zuur-basedefinitie volgens Brönsted. 37 De werking van een buffer wordt verklaard op basis van de verschuiving van het chemisch evenwicht. De pH van lichaamsvochten kan hier besproken worden samen met de bufferende werking (HCO3 - /CO3 2-) in het bloed. Toepassingen van een buffer bij het ijken van de pH-meter en ook ecologisch belangrijke buffersystemen kunnen besproken worden.

4.2

Zuur-basetitraties


LEERINHOUDEN

38 De betekenis van het equivalentiepunt bij een neu- Equivalentiepunt tralisatiereactie omschrijven. 39 Een titratiecurve interpreteren en hiermee een ge- Titratiecurve paste zuur-base indicator kiezen. Keuze van de zuur-base indicator

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 38 Titraties van een sterk zuur en een sterke base, van een zwak zuur en een sterke base en van een sterk zuur en een zwakke base komen hier in elk geval voor in aanmerking. Er kunnen ook titraties gegeven worden met meerdere equivalentiepunten. De bespreking geschiedt dan steunend op de titratiecurve. 39 De titratiecurve bij een titratie van een sterk zuur met een sterke base kan men laten berekenen. De relatie tussen omslaggebied van de indicator en de titratiecurve wordt gelegd. Er kunnen metingen uitgevoerd worden door gebruik te maken van een computer waarmee het verloop van de curve rechtstreeks kan gevolgd worden. Ook simulatieprogramma’s komen hiervoor in aanmerking.

76 D/2006/0279/049


5


5.1

Heterogeen evenwicht


LEERINHOUDEN

40 Het oplosbaarheidsproduct definiëren en in relatie Oplosbaarheidsproduct brengen met de oplosbaarheid in water. Oplosbaarheid 41 Factoren die de oplosbaarheid beïnvloeden toelichten aan de hand van de verschuiving van het heterogeen evenwicht. 42 Het principe van de neerslagtitratie verwoorden.

Neerslagtitratie

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 40 Het oplosbaarheidsproduct wordt aangebracht vertrekkend van het heterogeen evenwicht. Hieruit berekent men de oplosbaarheid van weinig oplosbare ionofore stoffen (ionverbindingen) waarvan de gehydrateerde ionen stabiel zijn t.o.v. water zoals chloriden bromiden, jodiden en sulfaten. 41 pH-wijziging, complexvorming en toevoegen van een gelijke ionsoort worden besproken samen met de invloed van de temperatuur. De vorming van complexionen kan hier reeds eenvoudig voorgesteld worden. 42 Als voorbeeld kan de argentometrie genomen worden.

5.2

Complexometrie


LEERINHOUDEN

43 De vorming van complexionen omschrijven als een Complexionen interactie tussen deeltjes. − Vorming 44 Het verband tussen de stabiliteit van complexionen en de stabiliteitsconstante verklaren. (U)

−

Stabiliteit (U)

45 Enkele toepassingen van complexionen toelichten.

−

Toepassingen

46 Het principe van de complextitratie verwoorden.

Complextitratie

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 43 De vorming van complexionen wordt voorgesteld als een interactie tussen ionen onderling en als een interactie tussen ionen en moleculen. 44 Dit wordt in verband gebracht met de ligging van het chemisch evenwicht. (U) 45 Hardheid van water, zeolieten in waspoeder (Ca 2+-bindend vermogen), zware metalen in de bodem, extractie van goud . 46 EDTA-titraties


77 D/2006/0279/049

5.3

Redoxreacties en -titraties


LEERINHOUDEN

47 De begrippen oxidator en reductor omschrijven.

Oxidator en reductor

48 In een gegeven redoxvergelijking (deeltjesvergelij- Redoxkoppels king) de redoxkoppels, de oxidator en de reductor aanduiden. 49 De Nernstvergelijking voor het bepalen van de Vergelijking van Nernst (U) reductiepotentiaal weergeven, interpreteren en toepassen. (U) 50 Het verband leggen en toelichten tussen de reduc- Reductiepotentiaal en sterkte van oxidator en reductor tiepotentiaal van redoxstelsels en de sterkte van oxidator en reductor. 51 Aan de hand van de deelreactiemethode redoxver- Opstellen van redoxvergelijkingen gelijkingen (deeltjesvergelijkingen) in zuur en in basisch midden opstellen. 52 Enkele toepassingen van redoxverschijnselen ver- Toepassingen klaren op basis van de sterkte van oxidator en re− corrosie ductor. − galvanische cellen − 53 Het principe van een redoxtitratie weergeven.

elektrolyse

Principe

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 47 De begrippen oxidatie, reductie en oxidatiegetal worden hier herhaald. 48 De leerlingen bepalen eerst de deeltjes die de atomen bevatten waarvan het oxidatiegetal verandert. 49 De Nernstvergelijking wordt in zijn eenvoudigste vorm weergegeven voor het bepalen van de reductiepotentiaal tussen een metaal en een oplossing die ionen van dat metaal bevat. (U) 50 Hiervoor worden tabellen met standaardreductiepotentialen gebruikt. Er wordt verwezen naar het begrip ‘spanning’ aangebracht in de fysica. 51 Men kan de leerlingen ook de deelreacties laten opzoeken in tabellen ofwel zelf laten opstellen. Het is belangrijk dat ze hierbij telkens de oxidator en de reductor kunnen aanduiden. Het verband tussen het verschil in reductiepotentiaal en evenwichtsconstante kan aan de hand van een eenvoudig voorbeeld geïllustreerd worden. 52 De definitie van anode en kathode wordt tijdens de bespreking van een galvanische cel gegeven, de cel wordt schematisch voorgesteld en hierbij kan men een EMS-waarde laten berekenen. De studie van de elektrolyse is louter kwalitatief steunend op de tabel met E°-waarden en de wet van Nernst. Het verloop van de elektrolyse wordt schematisch voorgesteld. De bescherming tegen corrosie bij blik en gegalvaniseerd ijzer kan ook in verband gebracht worden met het verschil in E0-waarden. 53 Permanganometrie en jodometrie. Het gebruik van indicatoren wordt toegelicht.

78 D/2006/0279/049


6


6.1

Benzeen en homologen

Benzeen, tolueen en xyleen worden betrokken bij de verwezenlijking van de doelstellingen. LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

54 Fysische en chemische eigenschappen van ben- Eigenschappen en molecuulstructuur zeen en zijn homologen in verband brengen met de molecuulstructuur. 55 Een correcte benaming geven voor eenvoudige Naamvorming homologen van benzeen.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 54 Begrippen mesomeer effect, inductief effect en het oriënterend karakter van de substituent kunnen worden toegelicht. 55 Naast systematische namen worden ook enkele triviale namen gegeven.

6.2

O- en N-houdende monofunctionele koolstofverbindingen

Volgende stofklassen worden betrokken bij de realisatie van de leerplandoelstellingen: •

alcoholen

•

ethers

•

aldehyden

•

ketonen

•

carbonzuren

•

zuuranhydriden

•

zuurhalogeniden

•

esters

•

nitroverbindingen

•

aminen

•

amiden


LEERINHOUDEN

56 Een besproken functionele groep weergeven en in Functionele groepen een gegeven structuur herkennen en benoemen. 57 Van eenvoudige monofunctionele koolstofverbin- Naamvorming dingen een correcte benaming geven. 58 Eigenschappen van monofunctionele koolstofver- Fysische en chemische eigenschappen bindingen in verband brengen met de functionele groep en het koolwaterstofgedeelte.


79 D/2006/0279/049

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Naast acyclische verbindingen kunnen er ook cyclische verbindingen besproken worden. 56 Door middel van een tabel maken de leerlingen kennis met de functionele groepen. 57 Het begrip isomerie kan hier ingeoefend worden. 58 Oplosbaarheid in water en in organische solventen en elektrische geleidbaarheid Reacties: verbranding, additie, substitutie, eliminatie en condensatie Reactiemechanismen worden enkel ter illustratie gegeven. De invloed van het inductief en het mesomeer effect kan aan bod komen. Meerwaardige alcoholen en carbonzuren worden ook besproken. Bij de substitutieproducten van benzeen kan het oriënterend effect van de substituent vermeld en eventueel ook verklaard worden steunend op de mesomerie van de monosubstitutieproducten van benzeen.

6.3

Biochemisch belangrijke stoffen

Hydroxycarbonzuren, aminozuren, lipiden, gluciden, proteïnen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

59 Het verband leggen tussen de molecuulstructuur Structuur en eigenschappen van hydroxycarbonzuren, aminozuren, proteïnen, gluciden, lipiden en hun eigenschappen. 60 De opbouw van biomoleculen door polycondensa- Vorming van lipiden, polysachariden, proteïnen tie schematisch weergeven.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 59 De invloed van de functionele groepen en van het koolwaterstofgedeelte wordt besproken. Niet beperken tot triglyceriden maar ook steroïden en fosfolipiden bespreken. Kunstmatige zoetstoffen kunnen vermeld worden. Zepen en detergenten komen hier aan bod. Bij de proteïnen worden de primaire, de secundaire, de tertiaire en eventueel ook de kwaternaire structuren besproken. Optische isomerie kan bij hydroxycarbonzuren, aminozuren en gluciden geïllustreerd worden. 60 Geen reactiemechanisme geven.

6.4

Kunststoffen


LEERINHOUDEN

61 Een polymeer omschrijven als een aaneenschake- Begrip polymeer ling van monomeren. 62 Het verloop van een polymerisatie en een polycon- Vorming van polymeren densatie schematisch weergeven.

80 D/2006/0279/049


63 Kunststoffen indelen op basis van het al dan niet Thermoplasten voorkomen van vernetting en op basis van de Thermoharders graad van vernetting. Elastomeren 64 Enkele toepassingen van kunststoffen met voor- Toepassingen beelden toelichten.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN 61 De vergelijking met natuurlijke polymeren kan gemaakt worden. 62 Naast polymerisatie en polycondensatie wordt ook polyadditie schematisch weergegeven. 63 Bespreken aan de hand van enkele voorbeelden zoals PE, PP, PVC, PS, bakeliet, … 64

)


6

Evaluatie

6.1

Algemeen

De evaluatie moet informatie verstrekken over de mate waarin de leerlingen de algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen bereikt hebben. Dit kan door middel van: •

onderwijs-leergesprek;

•

toetsen;

•

laboratoriumoefeningen.

De opgave van een proefwerk kan bestaan uit: •

meerkeuzevragen met motivatie;

•

juist-/fout-vragen met motivatie;

•

open vragen;

•

oefeningen/vraagstukken.


81 D/2006/0279/049

6.2

Evaluatie van laboratoriumoefeningen (leerlingenpractica)

6.2.1

Permanente evaluatie van vaardigheden:

•

Gebruik van het correcte glaswerk (gegradueerde pipet versus buikpipet, beker versus maatkolf, …)

•

Gebruik van balans

•

Gebruik van computer bij het verwerken van gegevens (vb. tekenen van grafieken)

•

Vlot een correct volume afmeten met een pipet (gebruik van pipetteerpomp of –peer)

•

Organisatie van laboratoriumwerkzaamheden

•

Orde en hygiëne in het labo: op de juiste manier reinigen van glaswerk, labotafels, handen. Op de juiste manier verwijderen van labo-afval d.w.z. opvolgen van de duidelijke richtlijnen van de leerkracht

6.2.2

Laboverslag

•

Gesloten verslagen: evaluatie van de antwoorden op vragen, waarnemingen, berekeningen, besluiten, correct gebruik van eenheden en beduidende cijfers.

•

Open verslagen: evaluatie van de structuur (duidelijkheid), taal, relevantie, berekeningen, besluiten.

Open practica •

Voorbeeld 1: leerlingen voeren eerst een gesloten practicum uit zoals permanganometrische bepaling van de concentratie FeSO4 in een oplossing met onbekende concentratie. Hierbij staat elke stap duidelijk neergeschreven (gesloten). In een volgend practicum krijgen de leerlingen volgend probleem voorgeschoteld: etiket van een anti-mos product is onleesbaar geworden. Bepaal de concentratie watervrij FeSO4 in het antimos.

•

Voorbeeld 2: leerlingen krijgen een viertal verschillende oplossingen (vb. van een aldehyde, carbonzuur, alcohol, ether). Onderzoeksvraag: welk van deze oplossingen bevat het aldehyde. Leerlingen moeten hierbij gebruik maken van herkenningsreacties om het antwoord te vinden.

•

Evaluatie van het practicumgedeelte van de GIP.

Toetsen •

Testen van de parate kennis van de leerlingen: bv. Betekenis EP van een titratie, gebruik van correcte zuurbaseindicator (omslaggebied!), uit gegeven waarnemingen correcte besluiten formuleren (vb. door gebruik te maken van een tabel van herkenningsreacties), correct gebruik van beduidende cijfers en eenheden.

•

Vraagstukken: analoge problemen gekoppeld aan uitgevoerde practica.

7

Minimale materiële vereisten

De uitrusting en de inrichting van de laboratoria dienen te voldoen aan de technische voorschriften inzake arbeidsveiligheid van de Codex over het welzijn op het werk, van het Algemeen Reglement voor Arbeidsbescherming (ARAB) en van het Algemeen Reglement op Elektrische Installaties (AREI).

7.1

Basisinfrastructuur

•

Aangepaste demonstratietafel met water en energievoorziening

•

Werktafels voor leerlingen met water- en energievoorziening

•

Voorziening voor afvoer van schadelijke dampen en gassen

82 D/2006/0279/049


7.2

Veiligheid en milieu

•

Voorzieningen voor een correct afvalbeheer

•

Afsluitbare kasten geschikt voor de veilige stockage van chemicaliën

•

EHBO-set

•

Veiligheidsbrillen, beschermende handschoenen, laboschorten (al of niet persoonlijk bezit van de leerlingen)

•

Brandbeveiliging: brandblusser, branddeken, emmer zand, eenvoudige nooddouche

•

Wettelijke etikettering van chemicaliën, lijst met R- en S-zinnen

7.3 •

7.4

Basismateriaal Volumetrisch glaswerk, pipetvullers, statieven, noten, klemmen, tangen, spatels, lepels, roerstaven, porseleinen kroezen, pijpstelen driehoek, driepikkel en draadnet (asbestvrij), reageerbuizen en reageerbuisrekken, passende stoppen, waterstraalpomp, buchnertrechter, glazen buizen met materiaal om de buizen te versnijden, vlinderopzet (plooien van glazen buizen!), materiaal voor het maken van een destillatieopstelling, Bunsenbranders en/of elektrische verwarmingstoestellen (verwarmplaat of verwarmingsmantel), …

Toestellen

•

Multimeter en/of A-meter en/of V-meter

•

pH-meter (elektrode + meettoestel), pH-papiertjes

•

Thermometers (analoog of digitaal)

•

Densimeter en /of pycnometer

•

Balans (minimaal tot op 0,01 g nauwkeurig)

•

Opstelling voor elektrisch geleidingsvermogenmetingen (elektrode, wisselspanningsbron, A-meter)

•

Regelbare laagspanningsbron (gelijk- en wisselspanning)

7.5

Chemicaliën

•

Chemicaliën voor het uitvoeren van demonstratieproeven en leerlingenproeven

•

Voorziening voor correct afvalbeheer vb. afvalcontainertje (5-10 liter) voor afvalwater (voornamelijk zware metalen) en voor organische solventen zoals weergegeven in de brochure ‘Chemicaliën op school (zie bibliografie)

•

Lijst met R- en S-zinnen en veiligheidspictogrammen

7.6

Visualiseren in chemie (modellen)

•

Molecuulmodellen – roostermodellen

•

Overheadprojector en transparanten of eventueel ander projectietoestel


83 D/2006/0279/049

7.7 •

7.8

ICT-toepassingen Computer met geschikte software (zie punt over computergebruik)

Tabellen

•

Periodiek systeem der elementen

•

Tabellenboek met gegevens over elementen en verbindingen

8

Bibliografie

8.1

Leerboeken

De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen.

8.2

Naslagwerken

Het chemisch practicum, een laboratoriumhandboek Udo,R.,Leene,H.R ISBN 90 034 14 203 Plastics Dr. A.E. Schouten, Dr. ir. Van der Vegt Educatieve en technische uitgeverij Delta Press Chemicaliën op school – januari 2003 VVKSO Bio-organische chemie J.F.J. Engbersen en A.E. de Groot ISBN 90-220-0881-9 Pudoc Wageningen

8.3

Tijdschriften - Publicaties

Chemie Magazine KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging) Celestijnenlaan 200F 3001 Heverlee Werken met kunststoffen – Werken met wasmiddelen J. Buma Chemiedidactiek VU Amsterdam

84 D/2006/0279/049


INAV – informatieboek voor natuurwetenschappen in Vlaanderen Uitgeverij Wolters-Plantyn ISBN 90 301 6173 6 EOS Brugstraat 51, 2300 Turnhout www.eos.be Natuurwetenschap & Techniek www.natutech.nl Uitgaven van Fedichem Maria-Louizasquare 49, 1040 Brussel http://www.fedichem.be Chemie Actueel, Tijdschrift voor scheikunde-onderwijs, Katholiek Pedagogische Centrum (KPC) Postbus 482, NL 5201 AL Den Bosch

8.4

Software (cd’s)

Het digitale archief van Natuur en Techniek Het beheer van radioactief afval in de Europese Unie 1999 http://www.rwm-eu.org

8.5

Uitgaven van Pedagogisch-didactische centra

•

Eekhoutcentrum, KULAK, Universitaire Campus, 8500 Kortrijk

•

Pedic, Coupure Rechts 314, 9000 Gent

•

Dinac, Bonnefantenstraat 1, 3500 Hasselt

•

Vliebergh-Sencieleergangen, Naamsestraat 61, 3000 Leuven

•

CNO, Campus Drie Eiken, Universiteitsplein 1, 2610 Wilrijk


85 D/2006/0279/049

TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO TV TOEGEPASTE FYSICA Eerste en Tweede leerjaar: 4 - 5 uur/week

3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste fysica

87 D/2006/0279/049

Inhoud 1

Beginsituatie........................................................................................................89

2


2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Inleiding............................................................................................................................................89 Het verwerven van fundamenteel fysische inzichten..................................................................90 De positief-wetenschappelijke methode toepassen....................................................................90 Het verwerven van onderzoeksvaardigheden..............................................................................90 Het belang van de fysica cultureel-maatschappelijk situeren....................................................91 Het verwerven van attitudes ..........................................................................................................91

3

Algemene pedagogisch-didactische wenken ...................................................91

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

Actief leren.......................................................................................................................................91 Variatie in werkvormen ...................................................................................................................91 Organisatie van het leerlingenpracticum .....................................................................................92 Gesloten, open opdrachten bij het leerlingenpracticum.............................................................93 Veiligheid .........................................................................................................................................94 Informatie- en communicatietechnologie (ict) .............................................................................94 Technische toepassingen en contexten .......................................................................................95 Opdrachten ......................................................................................................................................96 Jaarplanning ....................................................................................................................................97

4

Leerplandoelstellingen, leerinhouden, pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen .................................................................... 100

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

Mechanica ......................................................................................................................................100 Elektrodynamica............................................................................................................................105 Elektromagnetisme .......................................................................................................................110 Trillingen en golven ......................................................................................................................112 Voorbeelden van golven...............................................................................................................116 Elektronica .....................................................................................................................................119 Kernfysica ......................................................................................................................................123

5

Uitrusting en didactisch materiaal...................................................................124

5.1 5.2 5.3

Basisinfrastructuur .......................................................................................................................124 Basismateriaal ...............................................................................................................................125 Specifiek materiaal........................................................................................................................125

6

Evaluatie ............................................................................................................ 126

7

Bibliografie ........................................................................................................128

88 D/2006/0279/049

Techniek-wetenschappen 3de graad tso TV Toegepaste fysica

1

Beginsituatie

De leerlingen in deze studierichting tonen door hun keuze brede belangstelling voor natuurwetenschappen en techniek. In het fundamenteel gedeelte van de gekozen studierichting volgen ze per leerjaar 3/2 uur Toegepaste biologie, 5/6 uur Toegepaste chemie en 4 (of 5) uur Toegepaste fysica. De leerlingen die in de 2de graad Techniek-wetenschappen hebben gevolgd kregen 2 uur Fysica en 2 uur Laboratorium fysica. Daardoor hebben ze naast kennis, attitudes (o.a. zin voor samenwerking, milieubewustzijn, kritische zin, … ) en vaardigheden (o.a. meet- en rekentechnieken, tekenen van grafieken, maken van een verslag, ...) ook reeds een aantal onderzoeksvaardigheden verworven. Ze bezitten voorkennis van fysische concepten en wetten i.v.m. –

de structuur van de materie (deeltjesmodel);

–

de geometrische optica;

–

basisbegrippen uit de mechanica (kracht, druk, arbeid, energie en vermogen);

–

de gaswetten;

–

warmte en faseovergangen.

Leerlingen uit de 2de graad Biotechnische wetenschappen tso kunnen zonder problemen aansluiten. Leerlingen die komen uit de diverse studierichtingen van het aso hebben op het theoretisch vlak in de 2de graad nagenoeg dezelfde basisvorming fysica gekregen maar enkel de leerlingen die de studierichting Wetenschappen volgden, kregen de kans om wat experimenteer-vaardigheden te verwerven. De leerkracht zal met deze achterstand rekening moeten houden. In de beginfase van het laboratoriumwerk zal de leerkracht aan de betrokken leerlingen extra aandacht en begeleiding bieden.

2


2.1

Inleiding

Fysica zal door de leerlingen ervaren worden als een belangrijk onderdeel van hun vorming. Het gaat niet alleen om kennis, maar ook om inzicht, vaardigheden en attitudes. Door de wisselwerking tussen theorie en experiment verwerven de leerlingen fundamentele fysische inzichten en verwerven ze experimenteer- en onderzoeksvaardigheden. Dit levert ook een belangrijke bijdrage in het ontwikkelen van het probleemoplossend denken. Al deze aspecten vormen een bijdrage in de voorbereiding tot het hoger onderwijs. De leerlingen leren eveneens een relatie te leggen tussen hun schoolse kennis en de technisch-technologische en maatschappelijke wereld waarin ze leven. Het werken met ICT en het gebruik van contexten die verband houden met diverse toepassingen van fysica helpen de aandacht richten op wetenschappelijke en technische aspecten van onze samenleving. Het is aangewezen om nieuwe technische toepassingen, die voor leerlingen spannend en uitdagend zijn te behandelen. Het is de opdracht van de leerkracht Toegepaste fysica de leerlingen in contact te brengen met de snel veranderende technologie en haar impact op onze hedendaagse samenleving. Deze aanpak zal er eveneens toe bijdragen de waarde van de tweedeling tussen denken en doen, tussen zuivere en toegepaste kennis te relativeren. De leerlingen worden zich ook bewust van de invloed die de fysica heeft op onze welvaart en onze samenleving via haar praktische verwezenlijkingen. Ze moeten op een objectieve manier kunnen oordelen over o.a. milieuproblemen die het gevolg zijn van praktische verwezenlijkingen van de fysica, maar ook over de mogelijke oplossingen die de fysica hiervoor kan bieden. Onderstaande algemene doelstellingen dienen gerealiseerd te zijn op het einde van de 3de graad.


89 D/2006/0279/049

2.2

Het verwerven van fundamenteel fysische inzichten

–

Fysische begrippen, wetten en principes in de specifieke vaktaal omschrijven en waar nodig ook wiskundig en grafisch weergeven.

–

Het ordenend, verklarend en voorspellend karakter van fysische modellen, structuren en theorieën inzien.

–

Bij een waarneming of de beschrijving van een natuurkundig verschijnsel herkennen welke begrippen of wetten een rol spelen.

–

Een redenering opbouwen bij een nieuw natuurkundig probleem.

–

Een technisch probleem herkennen en specifiëren.

–

Fysische feitenkennis gebruiken om problemen en denkvragen op te lossen, alsook om deze toe te passen in concrete situaties uit leefwereld en techniek.

2.3

De positief-wetenschappelijke methode toepassen

–

Het zien en formuleren van een probleem.

–

Het opstellen van een hypothese omtrent de oplossing van een probleem.

–

Het toetsen van de hypothese aan de werkelijkheid via experimenten.

–

Uit experimenten de juiste conclusies trekken en deze in een eenvoudige taal kunnen formuleren.

–

Zelfstandig verschillende fasen van de gebruikte natuurwetenschappelijke onderzoeksmethode in een experiment identificeren.

–

Verworven kennis toepassen bij probleemoplossend denken en handelen.

–

Kennis en inzicht gebruiken om verzamelde gegevens te analyseren en zo onderlinge verbanden en mogelijke veralgemeningen op te sporen.

–

Vanuit modellen besluiten trekken, die experimenteel kunnen worden getoetst en op basis van de resultaten deze modellen verfijnen of uitbreiden.

2.4

Het verwerven van onderzoeksvaardigheden

–

Individueel of in groep experimenten uitvoeren aan de hand van gedeeltelijk open tot volledig open instructie.

–

Planmatig werken, exacte waarnemingen en metingen verrichten, gegevens verzamelen, in tabelvorm voorstellen, grafisch voorstellen m.b.v. een rekenblad en daaruit verbanden achterhalen, conclusies trekken.

–

Zelfstandig grootheden zoals elektrische stroomsterkte en spanning, weerstand, afstand, tijd, frequentie, golflengte meten.

–

Het bouwen van een proefopstelling of een elektrisch schema aan de hand van een figuur of een schema.

–

Aan de hand van instructie metingen uitvoeren m.b.v. een meetinterface.

–

Rekenvaardigheden toepassen: standaardberekeningen correct en efficiënt uitvoeren, het rekentoestel doelmatig gebruiken.

–

Rekenen met grootheden en eenheden: het resultaat afronden in overeenstemming met de afgesproken regels i.v.m. de nauwkeurigheid van en het rekenen met maatgetallen.

–

Vanuit een onderzoeksvraag bij een eenvoudig natuurwetenschappelijk probleem, deze vraag voor experimenteel onderzoek operationaliseren.

–

Zelfstandig reflecteren op de onderzoeksresultaten en over de aangewende methode.

90 D/2006/0279/049


2.5

Het belang van de fysica cultureel-maatschappelijk situeren

–

De technische realisaties van de fysica naar waarde schatten, maar ook assertiviteit bezitten in een technische omgeving en kritisch staan tegenover de maatschappelijke problemen met een fysisch-technische inslag.

–

Inzicht hebben in de betekenis van de fysica voor cultuur, maatschappij en economie vanuit historisch en hedendaags perspectief.

–

Inzien dat fysica een peiler is voor andere wetenschappelijke gebieden.

–

Fysische kennis aanwenden voor realisaties o.a. in de industrie, de energiesector, de medische wereld, de telecommunicatie, de ruimtevaart, …

2.6

Het verwerven van attitudes

–

In een leerproces adequaat omgaan met zichzelf en anderen: overleggen, taken verdelen, kritiek geven en ontvangen, standpunten innemen en verdedigen, tot een akkoord komen.

–

Veilig gebruik maken van bepaalde toestellen en stoffen zonder schade te berokkenen aan mens en milieu.

–

Nauwgezet en met zin voor volledigheid werken.

–

Vanuit argumenten een standpunt kunnen innemen of verwerpen en zonodig vervangen door een ander op basis van nieuwe argumenten.

–

Zelf eigen werk en methode bewaken, maar er ook op reflecteren.

–

Zelf beoordelen of een goede methode gevolgd wordt en die eventueel aanpassen.

3

Algemene pedagogisch-didactische wenken

Om de algemene en de leerplandoelstellingen te bereiken, worden didactische werkvormen die “Actief leren” bevorderen sterker benadrukt. Het aanleren en inoefenen van algemene en specifieke vaardigheden (functionerende kennis) wordt geaccentueerd zodat leerlingen niet alleen de leerstof kennen maar ook kunnen gebruiken zowel in theoretische als in technische toepassingen (Technisch-technologische vorming) en in leefwereldsituaties.

3.1

Actief leren

In het onderwijs is er een visie ontwikkeld waarbij kennisverwerving niet een passief aanvaardend maar een actief construerend en sociaal proces is. Leren is een activiteit van diegene die leert. Hij is het die zelf actie onderneemt. Nieuwe inzichten en vaardigheden worden ingepast in wat de leerling al verworven heeft. Het sociale aspect bestaat er in dat leerlingen ook heel wat van elkaar leren. Uitleg krijgen van of uitleg geven aan een medeleerling is hierin een belangrijk aspect. Het is de taak van de leraar om dit alles voor te bereiden door leeractiviteiten te ontwerpen, te begeleiden en het resultaat te evalueren.

3.2

Variatie in werkvormen

Enkel frontaal lesgeven of doceren mogen we als een gedateerde en achterhaalde vorm van kennisoverdracht beschouwen. De betrokkenheid van de leerlingen, hun inzet, hun redeneervermogen kan gestimuleerd worden door –

het verwoorden van de waarneming en de verklaring bij een demonstratieproef,


91 D/2006/0279/049

–

directe instructie (basisinformatie en standaardvaardigheden aanleren en helpen verwerken),

–

een open en actief onderwijsleergesprek waarbij leerlingen hun kennis kunnen zichtbaar maken,

–

begeleid zelfstandig leren aan de hand van een studiewijzer,

–

samenwerkend leren (groepswerk),

–

uitdagende opdrachten en zoekopdrachten,

–

opdrachten via physlets aan de hand van een instructieblad,

–

het opstellen van een concept map of woordspin,

–

conceptuele kennis bijstellen en leerlingendenkbeelden omtrent concepten via concept cartoons in vraag stellen,

–

het uitvoeren van leerlingenproeven,

–

denken, delen en uitwisselen.

Dit laatste kan worden toegepast bij een demonstratieproef (wat zal er gebeuren; verklaar), bij een concept cartoon, om het even wanneer je de leerlingen tot zelfactiviteit wil aansporen. Het “denken” bestaat er in dat de leerlingen gedurende korte tijd de kans krijgen hun antwoord op een papiertje te noteren. Daarna luisteren ze naar de argumenten van hun buur of overtuigen deze met hun eigen argumenten. Dit is de fase “delen”. Bij het “uitwisselen” ten slotte laat de leerkracht een aantal groepjes aan het woord om tot een conclusie te komen.

3.3

Organisatie van het leerlingenpracticum

Onder “Laboratorium” of “practicum” verstaat men een leeractiviteit waarbij leerlingen alleen of in kleine groepjes (2 à 3 leerlingen) zoveel mogelijk zelfstandig (maar onder supervisie van de leerkracht) een experiment of een onderzoek uitvoeren in verband met één of ander fysisch verschijnsel. Dit wil dan ook zeggen dat het maken van oefeningen, het oplossen van vraagstukken of het zelfstandig inoefenen van de fysicaleerstof met interactieve softwarepakketten niet als practicum kan worden beschouwd. Om redenen van efficiënt tijdsgebruik is het aanbevolen om te voorzien in een blok van 2 lesuren na elkaar. Bij een leerlingenpracticum hoort steeds een geschreven opdracht of instructieblad, dat kan variëren van gesloten naar open. De keuze tussen een gesloten of open opdracht maakt een gradatie in moeilijkheidsgraad mogelijk. Indien onvoldoende materiaal aanwezig is om alle leerlingen één bepaalde proef gelijktijdig te laten uitvoeren, kan men enkele gelijkaardige proeven complementair laten uitvoeren of kan met een rotatiesysteem worden gewerkt. Zo kunnen verschillende experimenten tezelfdertijd worden uitgevoerd. Van een laboratoriumproef zal steeds een verslag worden gemaakt (hierbij zoveel mogelijk gebruik makend van ict, bv. onder de vorm van het verwerken van de meetresultaten en het tekenen van een grafiek m.b.v. een rekenblad), gaande van het invullen van instructiebladen tot het verslag van een open opdracht. Het verslag bevat dan meestal volgende punten: –

de formulering van de doelstellingen van de proef of de reden (onderzoeksvraag) van het onderzoek;

–

materiaal en meetopstelling;

–

werkwijze of werkplan;

–

meetresultaten of onderzoekresultaten;

–

verwerking van de meetresultaten met aandacht voor de beduidende cijfers;

–

grafiek(en);

–

besluiten (verwoording, formule, wet) en eventuele suggesties en opmerkingen.

Het is een absolute noodzaak om een laboratoriumproef klassikaal af te ronden of het resultaat te bespreken. Alle leerlingen krijgen dan de kans de essentie van de proef te pakken te krijgen.

92 D/2006/0279/049


Een onderwijsleergesprek waarin de leerkracht of de leerlingen onderling vragen stellen is een goede werkvorm (reflecteren op het resultaat en de gevolgde werkwijze).

3.4

Gesloten, open opdrachten bij het leerlingenpracticum

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de leerlingen lerarenactiviteit bij de verschillende practica in de titel aangegeven. Gesloten practicum Voorbereiding - onderwerp kiezen - doel van de proef - theoretische achtergrond - werkwijze Uitvoering van de proef Verwerking van de metingen Verslaggeving Reflectie

Leraar Leraar Leraar Leraar Leerling Leraar + Leerling Leerling Klassikaal

Open practicum Leraar Leraar Leraar + leerling Leraar Leerling Leerling Leerling Klassikaal

Onderzoeksopdracht Leraar Leraar Leerling Leerling Leerling Leerling Leerling Leraar + leerling

Een van de doelen van het leerlingenpracticum in de 2de graad is leerlingen helpen de theorie beter te begrijpen door die toe te passen op waarnemingen en metingen. Je kunt hier spreken van onderzoekend leren. In de 3de graad zijn de doelstellingen echter ook gericht op leren onderzoeken. Aan de hand van een onderzoeksopdracht formuleren de leerlingen een hypothese. Om deze hypothese te verifiëren, stellen ze een onderzoeksplan op, bedenken ze zelf een werkwijze, eventueel na raadpleging van eerdere experimenten of de theoretische achtergrond. Dit heeft voor gevolg dat er t.o.v. de practicumstructuur van de 2de graad enige variatie is. Naast laboratoriumopgaven met een vrij gedetailleerd instructieblad aan de ene kant (gesloten opdracht) is het gewenst dat er ook onderzoeksactiviteiten aan bod komen die voortkomen uit een onderzoeksopdracht. Kenmerkend voor een dergelijke onderzoeksopdracht is het zelf ontdekken door de leerlingen. Het resultaat van het onderzoek staat niet direct in het boek of de cursus. De mate van zelfstandigheid moet aansluiten bij de capaciteiten van de leerlingen. Het gaat daarbij om een goed evenwicht tussen uitdaging en haalbaarheid. Een mogelijk tussenstadium hierbij zijn de open practica uit bovenstaande tabel. Hierbij is de werkwijze nog aangegeven op het instructieblad, maar gebeurt de verwerking van de meetresultaten reeds zelfstandig. Onderzoekjes die kaderen in het leerplan van de 3de graad Toegepaste fysica zijn bv. het onderzoek of de hardheid van een potloodstift invloed heeft op de weerstand (geleidbaarheid) van het materiaal, het onderzoek van schakelingen met weerstanden in een “black box”, het bepalen van een ongekende trillende massa aan een veer, het onderzoek van de spoorlengte op een cd-schijfje nadat men eerst met een gidsexperiment de golflengte van de gebruikte laserpen heeft gemeten, het bepalen van de reactietijd aan de hand van een vallende lat. Onderzoeksopdrachten zullen pas ten volle renderen indien een aantal experimentele basisvaardigheden zijn verworven (bv. naar het einde van een leerstofonderdeel toe). Door deze werkwijze ontstaat een ontwikkelingslijn van sterk gestuurde experimenten naar open onderzoeken die leerlingen in groepjes van twee of drie of individueel uitvoeren. De onderzoeksopdrachten kunnen ook dienen als voorbereiding (in het eerste leerjaar) of zijn een integraal deel van de geïntegreerde proef (in het tweede leerjaar). Hoewel de geïntegreerde proef niet altijd direct aansluit bij een onderwerp uit de fysica, dient de leerling toch gebruik te maken van vaardigheden bij het verwerken en rapporteren van metingen, die voor een stuk in het laboratorium fysica aan bod zijn gekomen. Zelfstandig werken van leerlingen vraagt een daarbij passende rol van de leerkracht. De instructierol bij het traditioneel uitvoeren van leerlingenproeven wordt vervangen door een meer begeleidende rol. De leerkracht is dan een coach die aanmoedigt en stimuleert door belangstelling te tonen, vragen te stellen en tips te geven. De begeleidende leerkracht is vooral expert in het aanpakken van het onderzoek en is met de leerling nieuwsgierig naar het resultaat van het onderzoek. Ook hier geldt dat de rol van de leerkracht bepaald wordt door wat de leerlingen aankunnen. 3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste fysica

93 D/2006/0279/049

Dikwijls echter kunnen leerlingen veel zelfstandiger werken dan leerkrachten denken, als ze daartoe maar de kans krijgen. Hierbij moet hen de tijd gegund worden en mogen ze al eens een fout maken, waar ze via een confronterende bemerking zelf kunnen uitgeraken, zonder dat hen direct het juiste antwoord gegeven wordt.

3.5

Veiligheid

Leerlingen moeten op de hoogte zijn van de gevaren van materialen en apparatuur (bv. gevaar voor de ogen bij het werken met een laserpen) waarmee ze werken, en zo nodig uitleg krijgen ter zake: nl. over de wijze waarop men veilig kan werken, over de aanwezige beschermings- en veiligheidsvoorzieningen en vluchtwegen in geval van brand, ... Binnen het kader van de veiligheid speelt de goede inrichting van het vaklokaal een cruciale rol. (zie brochure “Didactische infrastructuur voor onderwijs in de natuurwetenschappen” VVKSO, mei 1993). Vooral de elektrische installatie en een eventuele gasinstallatie vragen een bijzondere aandacht. De elektrische installatie wordt zeker beveiligd met een automatische lekstroomschakelaar, eventueel met een noodstop. Zeer in het bijzonder wijzen we erop dat leerlingen bij het uitvoeren van een practicum in open-kring-situaties slechts mogen werken met een maximale spanning van 24 V (spanningen van 0 tot 24 V noemt men veiligheidsspanningen). De groepsgrootte bij het uitvoeren van leerlingenproeven moet met het oog op wat didactisch verantwoord is en wat qua veiligheid nog aanvaardbaar is, aangepast zijn aan de materiële omstandigheden en infrastructuur. Om redenen van veiligheid kan je je afvragen of een leerlingenpracticum met meer dan 16 leerlingen verantwoord is. Om de risico’s te verkleinen mogen leerlingen nooit zonder toezicht leerlingenproeven uitvoeren. Het zelfstandig uitvoeren van proeven gebeurt uitsluitend onder toezicht van de vakleerkracht. Als leerkracht moeten we de leerlingen regelmatig wijzen op milieuaspecten waardoor een milieubewust gedrag wordt bevorderd. Voorbeelden hiervan zijn het plaatsen van afvalbakken voor selectieve inzameling van glas, metalen, batterijen en papier.

3.6

Informatie- en communicatietechnologie (ict)

Het gebruik van de computer biedt nieuwe didactische mogelijkheden en in bepaalde gevallen een meerwaarde voor het fysicaonderwijs. Het daadwerkelijk gebruik van de pc hangt van heel wat factoren af, zoals het aantal leerlingen, de pc-infrastructuur in het fysicalokaal, de beschikbaarheid en nabijheid van computerlokalen, de beschikbaarheid van bepaalde software, computerconfiguraties, internet, … Via een rekenblad kunnen meetresultaten op een moderne manier worden gepresenteerd in tabellen, direct worden verwerkt en grafisch worden weergegeven. Daarenboven kan gebruik gemaakt worden van de vele regressiemogelijkheden, die een rekenblad levert. Er is ook specifieke software voor het verwerken van meetgegevens. Deze programma’s bieden meer specifieke mogelijkheden en zijn minder op het boekhoudkundige gericht, zoals een klassieke spreadsheet. Het voordeel van een klassieke spreadsheet is echter, dat quasi elke bezitter van een computer er één ter beschikking heeft. Het direct opstellen van het verslag met integratie van tabellen en grafieken aan de hand van een tekstverwerker is een mogelijkheid. De meerwaarde van de pc in combinatie met een meetinterface is genoegzaam bekend. Wegens het direct beschikbaar zijn van grafieken kunnen we efficiënter werken en het is bovendien mogelijk snelle verschijnselen te registeren. Wanneer men in een bepaalde periode van het schooljaar tot een rotatiepracticum overgaat krijgt men daarenboven de mogelijkheid om de leerlingen de computer als meet- en verwerkingsinstrument bij proeven te laten gebruiken. Bestaande proeven kunnen dan in een nieuwe versie worden gestoken en diverse proeven, die voorheen niet mogelijk waren, kunnen nu wel worden uitgevoerd.

94 D/2006/0279/049


De verbeteringen bij het laten uitvoeren van leerlingenproeven met de computer mogen niet alleen van technische aard zijn. Er moet ook voldoende aandacht gaan naar het didactische aspect en de fysische begripsvorming. Hierbij heeft zich de laatste jaren een nieuwe interessante ontwikkeling voorgedaan. Via het grafisch rekentoestel, waar de leerlingen mee vertrouwd zijn vanuit de lessen wiskunde, kunnen met behulp van een zogenaamde datalogger metingen via sensoren worden uitgevoerd. In het kader van een onderzoek of een experiment kan je de leerlingen een zoekopdracht laten uitvoeren in verband met het onderwerp waaraan ze werken. Het gebruik van applets en flashanimaties laat toe bepaalde zaken aanschouwelijk en veranderend in de tijd voor te stellen. Hierbij kan de invloed van bepaalde parameters snel aangetoond worden. Voorwaarde is hier wel dat men beschikt over projectieapparatuur. Het is echter ook mogelijk via instructiebladen de leerlingen opdrachten te laten uitvoeren die ze via manipulatie van een applet kunnen oplossen. Het toetsen met modellen (modelleren) en deze vergelijken met resultaten uit experimenten, brengen een verbinding tot stand tussen het fysisch fenomeen en hoe men denkt het te kunnen omschrijven. Pakketten die dit toelaten of andere interactieve programma’s op cd-rom, creëren een nieuw type leeromgeving. Er kunnen veel meer open vragen worden gesteld, waar de leerling de computer kan inschakelen om er het antwoord op te vinden. Bij onderzoekend leren zijn contextrijke leersituaties belangrijk. Nieuwe media zoals de cd-rom., kunnen in dit verband realistische beelden van fysische verschijnselen in de klas brengen. Hetgeen hierboven vermeld werd voor de computer, geldt ook in zekere mate voor andere audiovisuele media. Sommige school-tv-programma’s evenals een groot aantal instructieve programma’s kunnen zinvol in klassituaties aangewend worden. Alhoewel videobeelden nooit de werkelijkheid kunnen vervangen, kunnen enkele minuten van een goed videoprogramma soms beter inzicht bijbrengen dan uren frontaal lesgeven, zonder te spreken van de erbij horende tijdwinst. Reeds enkele jaren is het digitale fototoestel gemeengoed geworden. Bij veel van die toestellen is het ook mogelijk een korte filmopname te maken. Via speciaal daartoe geconcipieerde software (videometen) is het mogelijk bij de beweging van een voorwerp de coördinaten ervan zo frame per frame op te nemen. Hierop kan men dan in een rekenblad de coëfficiënten van de bekomen vergelijking bepalen en interpreteren. Enkele voorbeelden van een dergelijk onderzoek zijn o.a. het bepalen van de valversnelling via een vallende tennisbal, het bepalen van de remvertraging bij een remmende fietser, het bepalen van de hoek waaronder je het grootste bereik krijgt bij een schuine worp. Ook is het mogelijk (bv. in voorbereiding van de presentatie van de GIP) om eens de verslaggeving van een onderzoekspracticum voor de klas te brengen aan de hand van een powerpoint-presentatie. Eventueel kunnen verschillende groepen hierbij verschillende onderzoekjes of deelonderzoekjes van een groter geheel voor de andere groepen voorstellen.

3.7

Technische toepassingen en contexten

Op tal van plaatsen in het curriculum zijn technische toepassingen van fysische principes (technische toestellen) en de fysicaleerstof met elkaar verbonden. Dit is zo veel omvattend en voortdurend in ontwikkeling dat het onmogelijk is om in de leerinhouden een volledige en gedetailleerde opsomming te geven. Leraren zijn dan ook vrij om naar keuze dieper in te gaan op de problemen bij de realisatie en het gebruik van een technisch toestel of apparaat waarvan een fysisch principe aan de basis ligt. Het toepassen van fysische principes, regels en wetten op praktijksituaties (Toegepaste fysica) is zeker niet nieuw. Vroeger ging het vooral om technische toepassingen achteraf en eerder als illustratie dan als wezenlijk deel van de leerstof. Door een context als inleiding te gebruiken of door ze te integreren bij het aanbrengen van de leerstof en in opdrachten kan men voorkomen dat er een kloof blijft tussen de leerstof en de leefwereld.


95 D/2006/0279/049

Een stap verder hierin is het zogenaamde probleemgestuurd leren. De context is hier meer dan alleen maar een smaakmaker bij het begin. Hij vormt de rode draad doorheen het hoofdstuk. Er wordt gestart met een zogenaamde casus, die aan het eind van het hoofdstuk of de paragraaf dient beantwoord te worden. Zo krijgt de leerstof voor de leerlingen zin. Eventueel kan er ook gewerkt worden met deelproblemen. Een context kan ook de historische ontwikkeling van een bepaald fysicadomein en de bijhorende maatschappelijke gevolgen beschrijven. Voorbeelden zijn: elektriciteit en veiligheid, straling en gezondheid, beweging en sport, beweging en verkeersveiligheid, muziek en trillingen, ... Naast fysische zijn er vaak andere niet-fysische aspecten aan contexten te onderscheiden (chemische, biologische, technische, geografische, economische, ethische, ...). Dit breed kader kan er voor zorgen om de maatschappelijke en de culturele betekenis van de fysica te onderstrepen. Om een context succesvol in de klas te gebruiken moet hij aansluiten op het niveau van de leerlingen, de fysische begrippen moeten voor de leerlingen herkenbaar aanwezig zijn en de opbouw van de les moet zodanig zijn dat de leerlingen actief aan de les kunnen deelnemen en hun leerervaringen kunnen uitwisselen.

3.8

Opdrachten

Met opdrachten wordt bedoeld het oplossen van klassieke rekenvraagstukken, maar ook denkproblemen die niet noodzakelijk beroep doen op de rekenvaardigheid van de leerlingen. Belangrijk hierbij zijn de opdrachten waar de interpretatie van grafieken aan bod komt. Daarnaast kunnen ook opdrachten aan bod komen die peilen naar de conceptuele kennis. Het is immers zo dat leerlingen soms heel handig zijn in het oplossen van een rekenvraagstuk zonder eigenlijk het concept door te hebben. Niettemin is voor leerlingen die een wetenschappelijke studierichting volgen, het maken van vraagstukken in de vervolgopleiding dikwijls aan de orde van de dag. Uitgaande hiervan lijkt het normaal om de leerlingen expliciet te helpen in hun vaardigheid bij het oplossen van vraagstukken. Er is een duidelijk onderscheid tussen het oplossen van een vraagstuk en het maken van een oefenopgave of standaardopgave. In het laatste geval is het van voren af duidelijk langs welke weg de oplossing moet verlopen, welke wet of formule toegepast moet worden, en hoe de berekeningen zullen verlopen. In het eerste geval daarentegen, heeft de leerling geen kant en klare weg naar de oplossing tot zijn of haar beschikking, maar moet hij of zij zelf een keuze maken van een of meer wetten en formules die van toepassing zijn, en zelf een plan maken voor de oplossing, die dikwijls meer dan een stap vraagt. Voor dit proces heeft men een strategie nodig, een reeks van denkstappen die in een bepaalde volgorde worden uitgevoerd met het doel tot een antwoord te komen. De context van een probleem kan ontleend zijn aan de alledaagse werkelijkheid, maar kan ook theoretisch en abstract zijn. Bij het oplossen van vraagstukken zal het SI - eenhedenstelsel gebruikt worden. Er zijn uiteraard ook niet SI eenheden die toegelaten zijn zoals eV, km/h ... Voor het correct gebruik van de namen van grootheden en de symbolen ervan, evenals hun eenheden, verwijzen we naar NBN-normen die hieromtrent worden uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wenden tot: BIN, Brabançonnelaan 29, 1000 Brussel.(www.bin.be) Met het algemeen in gebruik nemen van het rekentoestel voor het verwerken van meetresultaten of bij het oplossen van vraagstukken is het nodig om aandacht te schenken aan het aantal cijfers in het resultaat. Leerlingen moeten met een elementair besef van nauwkeurigheid de resultaten van berekeningen kunnen weergeven. Het toepassen van foutentheorie voor leerlingen in het secundair onderwijs is te omslachtig en te moeilijk. Het werken met beduidende cijfers en de vuistregels die we aanleren voor het berekenen van resultaten bieden hiervoor een eenvoudige en elegante oplossing. Het toepassen hiervan gebeurt consequent bij alle berekeningen.

96 D/2006/0279/049


3.9

Jaarplanning

Het is vanzelfsprekend dat de doelstellingen van het leerplan gerealiseerd worden. De diepgang waarmee de verschillende leerplandoelstellingen worden gerealiseerd kan deel uitmaken van het overleg binnen de school en de vakwerkgroep. De leerkracht, die zorgt voor een goede dosering van zowel demonstratieproeven als leerlingenpractica als het geven van directe instructie, het laten maken van opgaven, het toepassen van actieve werkvormen mag niet in tijdnood komen. Het belang dat aan een leerstofinhoud dient te worden gehecht is niet altijd recht evenredig met het aantal leerstofpunten in de leerinhouden en/of het aantal leerplandoelstellingen die moeten worden nagestreefd. De uitbreidingsleerstof is niet verplicht. De leerkracht oordeelt, rekening houdend met de beschikbare tijd en de mogelijkheden van de klasgroep, in welke mate hij nog de uitbreidingsleerstof (naar eigen keuze) kan behandelen. Het is vanzelfsprekend dat er een verticale en horizontale samenwerking is met collega’s. Er worden afspraken gemaakt over vaardigheden, wiskundige technieken en leerinhouden die op het snijvlak liggen van twee vakken: met de collega’s Wiskunde (oplossen van kwadratische vergelijkingen, e-machten, afgeleiden, integralen) en met de collega’s Chemie bv. in verband met atoombouw. Volgende tijdschema’s en leerstofordening vormen een hulpmiddel om leraren te helpen bij het opstellen van hun jaarplan. De volgorde waarin deze onderdelen behandeld worden kan afgesproken worden binnen de school of de vakwerkgroep, op voorwaarde dat de logische vakstructuur behouden blijft. Zo kan bv. eerst “Elektriciteit” en “Elektromagnetisme” behandeld worden en pas daarna “Mechanica”. Je kan echter maar “Trillingen en golven” behandelen na “Mechanica”. Het is bovendien nodig dat “Trillingen en golven” en “Voorbeelden van golven” na elkaar volgen. Het is duidelijk dat het onderdeel “Elektronica” pas kan behandeld worden na “Elektriciteit”. Voor het onderdeel “Kernfysica” is de keuze vrij. Niettemin adviseert de leerplancommissie onderstaande volgorde als de meest logische. De leerlingenpractica zijn geïntegreerd in het lesgebeuren, maar er moeten minimaal 100 lesuren (50 in elk leerjaar) gespendeerd worden aan leerlingenpractica. Hierin kan vanzelfsprekend het experimentele werk dat deel uit maakt van de GIP in ondergebracht worden. Uit de voorgestelde laboratoriumproeven kan een keuze gemaakt worden, mits een min of meer evenwichtige spreiding over de verschillende leerstofonderdelen. Andere proeven die aansluiten bij de leerstof, zijn natuurlijk ook toegelaten. De leerinhouden die tot de verplichte leerstof behoren staan in normaal lettertype. De onderdelen die deel uitmaken van de uitbreidingsleerstof staan overal cursief aangegeven. Die scholen die kiezen voor 5 uur zijn derhalve niet verplicht al de uitbreidingsleerstof te behandelen. Er kan hier een didactisch verantwoorde keuze gemaakt worden. De vrij gedetailleerde urenverdeling hieronder is geen verplichting, maar moet eerder gezien worden als een oefening die de leerplancommissie gemaakt heeft vanuit de zorg naar haalbaarheid van de hoeveelheid aan leerplandoelstellingen en leerinhouden.


97 D/2006/0279/049

1

Leerlingenpractica 1ste leerjaar

(50 u)

2

Mechanica

(23 u + 14 u)

− Kinematica (11 u + 5 u) • • • • •

Rust en beweging (1 u) De E.R.B. (2 u + 1 u) De E.V.R.B. (6 u) De valbeweging (2 u + 1 u) Samenstellen van bewegingen (3 u)

− Dynamica (12 u + 9 u) • • • • • 3

De beginselen van Newton (5 u + 2 u) Arbeid en energie (4 u) Gravitatie (3 u) Evenwicht (+ 3 u) Krachtstoot en bewegingshoeveelheid (+ 4 u)

Elektrodynamica

(14 u + 7 u)

− Elektrische ladingen en elektrisch veld (4 u + 2 u) − Ladingstransport (3 u) − Schakelen van weerstanden (5 u) − Onderzoek van weerstanden (1 u) − Spanningsbronnen (+ 3 u) − Condensatoren (1 u + 2 u) 4

Elektromagnetisme

(13 u + 4 u)

− Permanente en elektromagneten (3 u) − Magnetische werking van elektrische stroom (2 u) − Elektromagnetisch krachtwerking (4 u + 2 u) − Het verschijnsel elektromagnetische inductie (4 u + 2 u) 5

Leerlingenpracticum 2de leerjaar

(50 u)

6

Trillingen en golven

(18 u +11 u)

− De E.C.B. (4 u) − De harmonische trilling (5 u + 3 u) − De vrije gedempte harmonische trilling (1 u) − De gedwongen harmonische trilling (1 u) − Samenstellen van trillingen (3 u) − Lopende golven (4 u) − Eigenschappen van lopende golven (4 u) − Staande golven (4 u) 7

Voorbeelden van golven

(11 u + 9 u)

− Geluid (3 u + 1 u) − Ontstaan en eigenschappen van licht (4 u + 4 u) − Wisselspanning en wisselstroom (4 u + 4 u)

98 D/2006/0279/049


8

Elektronica

(10 u + 5 u)

− Halfgeleiders (2 u) − De diode (4 u + 1 u) − De bipolaire transistor (4 u) − De transistor als versterker (3 u ) − De transistor als schakelaar (1 u ) 9

Kernfysica

(11 u)

− Radioactiviteit (7 u) − Energie uit atoomkernen (4 u)


99 D/2006/0279/049

4

Leerplandoelstellingen, leerinhouden, pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen

De cursief gedrukte leerplandoelstellingen en leerinhouden behoren tot de uitbreidingsleerstof voor de keuze 5 u/week Toegepaste fysica. Er kan hieruit een didactisch verantwoorde keuze binnen de school gemaakt worden eventueel in overleg met de vakwerkgroep. Minstens 100 (50 per leerjaar) van de beschikbare lesuren worden besteed aan leerlingenpractica. Suggesties voor leerlingenpractica en wat ondersteunende uitleg zijn telkens per leerstofitem aangegeven. Uit de voorgestelde practica kan een keuze gemaakt worden, mits een min of meer evenwichtige spreiding over de verschillende leerstofonderdelen. Andere proeven die aansluiten bij de leerstof, zijn natuurlijk ook toegelaten.

4.1

Mechanica

4.1.1

Kinematica

4.1.1.1

Rust en beweging


LEERINHOUDEN

–

De relativiteit van de beweging omschrijven.

Relativiteit van rust en beweging

–

De begrippen positievector, baan, baancoördinaat, Positievector, baan, positieverandering en tijdsinterval afgelegde weg en tijdsinterval hanteren.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Bij rechtlijnige bewegingen kiezen we de x-as (of de y-as) volgens de baan en gebruiken we de coördinaat x (of y). De positie van een bewegend lichaam in functie van de tijd wordt beschreven via de modelvoorstelling van een puntmassa.

4.1.1.2

De eenparig rechtlijnige beweging

LEERPLANDOELSTELLINGEN – –

LEERINHOUDEN

Van een E.R.B. de snelheid omschrijven en bere- De E.R.B.: het begrip snelheid, positieverandering, kenen. x(t)- en v(t)-diagrammen Opdrachten x(t)- en v(t)-grafieken tekenen en interpreteren.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De definitie van de E.R.B. kan aangebracht worden via de beweging van een luchtbel in een vloeistofbuis. Er kan hier gebruikt gemaakt worden van het feit dat uit de wiskunde gekend is dat een rechte voorgesteld wordt via een eerstegraadsvergelijking. Het begrip snelheid wordt ook als een vectoriele grootheid beschreven. LEERLINGRNPRACTICA –

Onderzoek van de E.R.B. d.m.v. een luchtbel in een vloeistofbuis

–

Onderzoek van de E.R.B. d.m.v. een tijdtikker en een elektrisch wagentje

100 D/2006/0279/049


Door de proef met de vloeistofbuis ook eens onder een hoek van 45° te plaatsen bekom je twee verschillende snelheden. Hierbij kan de link gelegd worden tussen de grootte van de snelheid en richtingscoëfficiënt van de rechte in het x(t)-diagram.

4.1.1.3

De eenparig veranderlijke beweging

LEERPLANDOELSTELLINGEN – – –

LEERINHOUDEN

Toelichten wanneer een veranderlijke beweging De E.V.R.B. met en zonder beginsnelheid eenparig versneld of vertraagd is. Formules voor versnelling, snelheid en positieverandering, x(t)-, v(t)- en a(t)- diagrammen Het begrip versnelling omschrijven. Opdrachten x(t)-, v(t)- en a(t)-grafieken tekenen en interpreteren.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Niet elke versnelde beweging is ook eenparig versneld. Als je met je fiets optrekt dan zal meer dan waarschijnlijk de snelheid niet gelijkmatig toenemen. Bij het maken van opdrachten moet er zeker voldoende tijd worden gespendeerd aan interpretatie van en grafisch voorstellen van eenparig versnelde en vertraagde bewegingen. Met de huidige moderne middelen (digitale positiesensor via gatenwieltje of ultrasone afstandssensor) kan je zelfs de grafieken als uitgangspunt nemen. Er kan hier gebruik gemaakt worden van het feit dat uit de wiskunde gekend is dat een parabool voorgesteld wordt via een tweedegraadsvergelijking. Er kunnen ook beweging in de realiteit gefilmd worden en via aangepaste software (videometen) kunnen de overeenkomstige diagrammen geinterpreteerd worden. Bij het maken van rekenvraagstukken mag zeker niet overdreven worden.

LEERLINGENPRACTICA –

Gemiddelde en ogenblikkelijke snelheid via knikker en gordijnrail

–

De eenparig versnelde beweging zonder beginsnelheid m.b.v de tijdtikker (de vrije val)

–

De eenparig versnelde beweging met beginsnelheid op een hellend vlak m.b.v. de tijdtikker

–

Helling af, helling op: eenparig versnelde en eenparig vertraagde beweging m.b.v. een tijdtikker

–

Bepaling van de reactietijd via de valbeweging van een latje

Via een knikker op een hellende gordijnrail kan worden aangetoond dat we moeten onderscheid maken tussen gemiddelde en ogenblikkelijke snelheid. We kunnen de ogenblikkelijke snelheid benaderen door de gemiddelde snelheid te bepalen over een kort tijdsinterval. Bij een tijdtikker is dat tijdsinterval zeer kort. Bij een eenparig veranderlijke beweging is die werkwijze geen benadering, maar exact juist. De bepaling van de reactietijd via de valbeweging van een latje kan eventueel opgevat worden als een open opdrachtje, waarbij enkel de praktische werkwijze aangegeven wordt, maar waarbij de formule en de verwerking zelf moet worden opgesteld.

4.1.1.4

De valbeweging

LEERPLANDOELSTELLINGEN –

LEERINHOUDEN

De vrije val als een voorbeeld van een eenparig De vrije val: valversnelling versnelde beweging zonder beginsnelheid toelichten.


101 D/2006/0279/049

– –

Realistische problemen i.v.m. de vrije val oplossen. Valhoogte, valtijd, snelheid Opdrachten De verticale worp omhoog als een voorbeeld van De verticale worp omhoog een eenparig vertraagde beweging met beginsnelheid toelichten.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Via een valbuis kan aangetoond worden dat in het luchtledige de valtijd vanop eenzelfde hoogte onafhankelijk is van de massa. Bij kleine en zware massa’s, die een niet al te hoge snelheid bereiken kan je de vrije val goed benaderen. Zo kan er experimenteel worden aangetoond dat een vrije val een eenparig versnelde beweging is zonder beginsnelheid.

4.1.1.5

Samenstellen van bewegingen


LEERINHOUDEN

Het onafhankelijkheidsbeginsel bij het samenstel- Het onafhankelijkheidsbeginsel len van bewegingen omschrijven en in concrete Samenstellen van 2 E.R.B., de horizontale worp, de schuine worp gevallen toepassen.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Vanuit een experiment kan het onafhankelijkheidsbeginsel aangetoond worden: de valtijd bij een horizontale worp is gelijk aan de valtijd bij een vrije val. Vermits we hier een beweging in twee dimensies hebben, wordt de positie weergegeven door twee coördinaten x en y. LEERLINGENPRACTICA –

Registratie van de parabolische baan op een hellende plank

–

Verticale registratie van de horizontale worp met lanceerbuis

–

Horizontale registratie van de horizontale worp met lanceerbuis

De registratie van een parabolische baan via carbonpapier op grote hellende plank met een lanceerhellingetje is genoegzaam bekend. Interessant is ook de proef uit te voeren bij verschillende hellingshoeken van de plank. Als lanceerbuis kan een gekromde PVC-buis gebruikt worden. Eventueel kan de horizontale worp met horizontale registratie als open practicum of als evaluatie uitgevoerd worden. Er kan worden nagegaan evenals in de vorige twee proeven of de baan wel degelijk parabolisch is en uit de dracht en de lanceerhoogte kan de beginsnelheid bepaald worden. De leerlingen kunnen hierbij zelf de formule opstellen.

4.1.2

Dynamica

4.1.2.1

De beginselen van Newton


LEERINHOUDEN

–

Het traagheidsbeginsel toelichten

Beginselen van Newton

–

De invloed van de resulterende kracht en van de massa op de verandering van bewegingstoestand van een voorwerp kwalitatief en kwantitatief beschrijven.

– Traagheidsbeginsel – verband tussen F, m en a: F = m.a – beginsel van actie en reactie Oorzaak van E.R.B. en E.V.R.B.

102 D/2006/0279/049


–

Het beginsel van actie- en reactiekracht weergeven Normaalkrachten en spankrachten en in concrete situaties toelichten, en daarbij de krachten schetsen, ook in de gevallen met spankrachten en normaalkrachten.

–

De wrijvingskrachten met het contactoppervlak Wrijvingskracht met de bodem toelichten in concrete situaties.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Je start bij voorkeur met een controle van de voorkennis op het gebied van kracht (statische en dynamische uitwerking van kracht). Via het eerste en het tweede beginsel wordt de oorzaak van een E.R.B. en een R.E.V.B. aangegeven. Merk op dat een voorwerp in rust is of eenparig rechtlijnig aan het bewegen is als de resultante van de krachten nul is. Heb je een constante krachtvector dan heb je een E.V.R.B. In dit hoofdstuk stoot je op de preconcepties van de leerlingen. Geef goed aan in welke omstandigheden je werkt. Zo is de valtijd in het luchtledige, zoals gekend, onafhankelijk van de massa, maar zal in de atmosfeer de valtijd kleiner worden bij een grotere massa. Het duurt immers langer vooraleer een zware massa een wrijvingskracht ondervindt die even groot is als de zwaartekracht erop en de beweging eenparig wordt. Het voorbeeld van “sky-diving” bij parachutisten is hier een aansprekend voorbeeld. Het beginsel van actie en reactie is één van de meest gekende, maar minst begrepen items uit de fysica. Het geeft in de eerste plaats weer dat krachten altijd in paren voorkomen. Zo is het voor de leerlingen eigenaardig dat de kracht van de aarde op zijn lichaam even groot is als de kracht van zijn lichaam op de aarde. Wij vallen naar de aarde toe en niet andersom. De krachten zijn weliswaar even groot, maar de versnelling is afhankelijk van de massa. Men wijst er de leerlingen op dat de actie- en reactiekrachten steeds aangrijpen op verschillende lichamen en bijgevolg niet kunnen worden opgeteld. Een lichaam dat ergens op steunt ondervindt van die steun een kracht, de normaalkracht. Een lichaam dat ergens aan hangt, ondervindt van de ophanging een kracht, de spankracht.


Bepaling van het verband tussen kracht, massa en versnelling

Vermits het gaat om een verband tussen 3 grootheden, moet je bij meting er telkens één constant houden om het verband tussen de 2 andere te onderzoeken. Als we het verband tussen kracht en versnelling onderzoeken, moeten we de massa constant houden. Merk hierbij op dat de massa’s die we als aandrijving gaan gebruiken op de wagen moeten bevestigd worden en dan stuk voor stuk overgebracht moeten worden naar de aandrijving.

4.1.2.2

Arbeid en energie


LEERINHOUDEN

De formules voor de verschillende soorten mecha- Kinetische energie nische energie weergeven. Gravitatie potentiële energie en elastische potentiële energie Behoud van energie toepassen in concrete voorBehoud van energie beelden.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Het is aangewezen de begrippen arbeid en vermogen en hun eenheden eventjes te reactiveren. Bij het begrip arbeid wordt de hoekafhankelijkheid geïntroduceerd en bij het begrip vermogen de formule P = F⋅v. De verschillende formules voor de energie kunnen worden afgeleid via de formule voor de arbeid. Bij het afleiden van de formule voor de elastische potentiële energie is de kracht afhankelijk van de uitrekking. Vermits integraalrekening nog niet gekend is kan men dat omzeilen door de arbeid voor te stellen als de oppervlakte onder de F(x)-grafiek.


103 D/2006/0279/049

Bij het begrip arbeid introduceren we hier de hoekafhankelijkheid (als de kracht en de verplaatsing loodrecht op elkaar staan is er geen arbeid) en bij het begrip vermogen de formule P = F.v bij een eenparig aangedreven toestel.

4.1.2.3

Gravitatie


LEERINHOUDEN

De algemene gravitatiewet omschrijven en in een Gravitatie historische context plaatsen. Zwaartekracht, zwaartepunt, zwaarteveldsterkte en factoren die de zwaarteveldsterkte beïnvloeden Gravitatiekracht omschrijven.

–

Zwaartekracht als een geval van gravitatiekracht toelichten.

–

Het gewicht van een versneld lichaam toelichten.

Gewicht van een versneld lichaam

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Bij de historische situering kan Newton geplaatst worden in het rijtje Copernicus, Galilei, Brahe, Keppler, Haley. Je kan er de leerlingen attent op maken dat een astronaut in een baan om de aarde gewichtloos is omdat hij aan het vallen is. Hij bevindt zich nog heel dicht bij de aarde. Laat de leerlingen bv. bereken hoe groot g is op een hoogte van 350 km. Dit is zo ongeveer de hoogte waarop het I.S.S. met Frank De Winne aan boord zich bevond. Daar gewicht gedefiniëerd is als de kracht op de ondersteuning of ophanging is het gewicht van een lichaam dat een versnelling naar beneden ondergaat kleiner en is het gewicht bij een versnelling naar boven groter. Dit kan geïllustreerd worden met liftproblemen.

4.1.2.4

Evenwicht


LEERINHOUDEN

–

De voorwaarde voor translatie-evenwicht in concre- Evenwichtsvoorwaarde bij translatie te situatie toelichten.

–

Het moment van een kracht weergeven en toelich- Moment van kracht ten.

–

Voorwaarde voor rotatie-evenwicht in concrete Evenwichtsvoorwaarde bij rotatie + toepassingen situaties toelichten en hanteren.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Om het belang van de krachtarm bij het moment van een kracht aan te geven, kan gewezen worden op het gevaar van het opheffen van een last met gekromde rug. Om rugklachten te vermijden tilt men het best met een rechte rug vanuit hurkstand. M.b.v. de momentenstelling (evenwichtsvoorwaarde bij rotatie) kan bv. de kracht uitgerekend worden, die de biceps moet uitoefenen om een bepaalde massa op te heffen. De massa van de voorarm wordt op 2,0 kg geschat en de biceps is via een pees aan de voorarm vast op ongeveer 5,0 cm van het ellebooggewricht. LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van het moment van een kracht via een hellend statiefje

–

Evenwicht bij de verschillende soorten hefbomen

–

Evenwichtsvoorwaarde bij rotatie via dynamometers op een horizontale plank

–

Bepaling van het zwaartepunt van het menselijk lichaam via een plank en een personenbalans

104 D/2006/0279/049


Door met een dynamometer een statiefje onder een constante hoek te laten hellen en deze telkens op een andere plaats te laten aangrijpen, hou je de draaiende werking constant en kan je aantonen dat kracht en krachtarm omgekeerd evenredig zijn. Hun product is een constante, die we definiëren als het moment. Via de momentenstelling kan de massa bepaald worden van een lat door die over de rand van een tafel te leggen en een massa van 100 g op het overstekend uiteinde te plaatsen en het kantelpunt te bepalen. Dit kan opgevat worden als een open probleem, waar je al of niet aangeeft dat de momentenstelling moet gebruikt worden.

4.1.2.5

Krachtstoot en bewegingshoeveelheid


LEERINHOUDEN

–

De begrippen krachtstoot en bewegingshoeveel- Krachtstoot en Bewegingshoeveelheid heid weergeven en toepassen.

–

Behoud van bewegingshoeveelheid toepassen bij Beginsel van behoud van bewegingshoeveelheid botsingen.

–

Onderscheid tussen elastische en niet- elastische Elastische en niet-elastische botsingen botsingen toelichten.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Kreukelzones en veiligheidsgordels bij auto’s zijn praktische voorbeelden waarmee we het verband tussen krachtstoot en bewegingshoeveelheid kunnen illustreren.

4.2

Elektrodynamica

4.2.1

Elektrische ladingen en elektrisch veld


LEERINHOUDEN

–

Het bestaan van 2 soorten ladingen, hun onderlin- Lading en verband met de atoomstructuur. ge wisselwerking beschrijven en de eenheid van Eenheid. lading weergeven. Krachtwerking: wet van Coulomb

–

Een geleider en een isolator van elkaar onder- Geleiders en isolatoren scheiden.

–

Elektrische krachtwerking omschrijven als een Elektrisch veld, veldsterkte en veldlijnen van een hoveldkracht en het begrip veldsterkte toelichten. mogeen en een radiaal veld

–

Het verband tussen potentiële energie en potenti- Elektrische potentiaal aal toelichten.

–

Spanning omschrijven als potentiaalverschil.

Potentiaalverschil, spanning

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Men zal enkele wrijvingsproefjes uitvoeren en verklaren. Hierbij ontstaat geen lading, maar grijpt een verplaatsing van ladingen plaats. Het is de bedoeling de elektrische stroom te zien als een verplaatsing van ladingen. Een elektrische stroom kan voorkomen in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Alleen de stroom in vaste stoffen zal verder behandeld worden. Zoals de elektrische veldsterkte de kracht op een eenheidslading in een bepaald positie weergeeft, zo geeft de elektrische potentiaal de potentiële energie van een eenheidslading weer in een bepaalde positie. Inzicht in het veldlijnenpatroon van eenvoudige ladingsverdelingen kan vlug verkregen worden via een simulatie op pc.


105 D/2006/0279/049

4.2.2

Ladingstransport


LEERINHOUDEN

–

De grootheden elektrische stroomsterkte en span- Stroom, stroomsterkte ning omschrijven en hun eenheden hanteren. Spanning, spanningsbron

–

Een eenvoudige elektrische schakeling schema- Conventionele stroomzin tisch weergeven en de conventionele stroomzin aangeven.

–

De stroom en de spanning in een elektrische stroomkring meten.

–

Het formeel verband tussen U en I bij een geleider Verband tussen spanning en stroom: weerstand. Wet omschrijven. van Ohm

–

Het thermisch effect van elektrische stroom verkla- Elektrische energie, vermogen en joule-effect ren en berekenen en in enkele praktische toepas- Toepassingen, zoals bv. gloeilamp, smeltveiligheid, singen beschrijven. kookplaat, broodrooster, ...

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Om zo concreet mogelijk de basisbegrippen i.v.m. een elektrische stroomkring aan te brengen gebruiken we bij voorkeur het vloeistof-stroommodel. Hierbij wordt spanning vergeleken met een hydrostatisch drukverschil. Zoals bij een gesloten vloeistofkring een pomp nodig is die het drukverschil onderhoudt, is er in een elektrische kring een toestel nodig dat de nodige energie levert. Zo een toestel wordt bij voorkeur spanningsbron genoemd. Vanzelfsprekend voert men nadien met een elektrische stroomkring en een lampje als stroomsterkte-indicator enkele kwalitatieve waarnemingsproeven uit en leert men de conventionele stroomzin aanduiden. Nadien kan men met volt- en ampèremeter de stroom en de spanning leren meten. Als toepassing op de leefwereld kan de stroomkring bij een fiets, auto, ... besproken worden. De verhouding van de spanning over een schakelelement en de stroomsterkte erdoor, definieert men als weerstand van dit schakelelement. Bij een weerstand die voldoet aan de wet van Ohm is die verhouding constant. Trek er de aandacht op dat het woord weerstand dubbel gebruikt wordt nl. als grootheid en als schakelelement van energie. Een elektrisch toestel onttrekt elektrische energie aan een spanningsbron en zet deze energie om in een andere soort energie. Het tempo waarin dit gebeurt noemen we het vermogen d.w.z. de hoeveelheid energie die het toestel per seconde kan omzetten.


Bepaling van de wet van Ohm

–

Bepaling van de weerstand van een verwarmingselement

In eerste instantie beperken we ons tot geleiders (constantaan, NiCr) waarbij de temperatuur constant blijft. Zetten we de stroom grafisch uit tegenover de spanning dan bekomen we een rechte door de oorsprong. Er kan eventueel worden aangegeven dat de verkregen evenredigheidsconstante de grootheid geleiding (G) is, met eenheid S (siemens). In de praktijk wordt echter de weerstand (U / I ) gebruikt. Het is daarenboven interessant de meting uit te voeren bij twee verschillende geleiders (bv. 2 even lange NiCr-draden van verschillende diameter). Zo verkrijg je rechten met een verschillende hellingshoek. Via een calorimeter met verwarmingsspiraal ingebouwd in het deksel gevuld met gedestilleerd water kan door gelijkstelling van Q = (m.c + C).ΔT en Q = R.I 2.Δt de weerstand bepaald worden. Die kan dan vergeleken worden met de weerstand bepaald via de wet van Ohm.

106 D/2006/0279/049


4.2.3

Schakelen van weerstanden


LEERINHOUDEN

–

Bij serie- en parallelschakeling van weerstanden Serie- en parallelschakeling respectievelijk de spanningen stroomwetten Stroom- en spanningsregels weergeven en toepassen op eenvoudige kringen.

–

Het begrip vervangingsweerstand omschrijven en Vervangingsweerstand de vervangingsweerstand berekenen voor een serie- en parallelschakeling.

–

De gevaren en enkele bijhorende veiligheidsaspec- Elektrocutie, overbelasting, kortsluiting. ten opsommen en toelichten. Zekering, aarding, verliesstroomschakelaar

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De stroom- en spanningswetten worden experimenteel afgeleid. Het is niet de bedoeling hier de wetten van Kirchhoff te gebruiken om stroom- en spanningsvergelijkingen op te stellen en op te lossen. De formules voor de vervangingsweerstand worden experimenteel geverifieerd. Een groot gevaar bij elektriciteit is elektrocutie van onder spanning staande delen, als bv. een geleider contact maakt met de metalen behuizing van een toestel. Remedies hiertegen zijn aarding en de verliesstroomschakelaar. Elektroshocks kunnen ook een positief effect hebben, zoals het gebruik van de defibrillator. Hierbij wordt het hart terug in het juist ritme gebracht bij fibrillatie. Een ander gevaar treedt op bij overbelasting, waardoor kortsluiting en eventueel brand kan ontstaan. LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van de stroom- en spanningswetten bij serie- en parallelschakeling van weerstanden.

–

Substitutieweerstand bij schakelen van weerstanden.

–

Praktische oefeningen op schakelen van weerstanden.

–

Onderzoek van de potentiometer-schakeling.

–

Bepaling van de inwendige weerstand van een analoge volt- en ampèremeter.

–

Weerstandsmeting met de VA-methode.

–

Weerstandsmeting met de brug van Wheatstone.

Bij de uitvoering van deze experimenten zal de leerkracht voldoende aandacht moeten schenken aan de opbouw van de schakelingen en het inschakelen van de volt- en ampèremeter. Als gidspracticum ter inleiding van serie- en parallelschakeling kan rechtstreeks via de ohmmeter eventueel de substitutieweerstand bepaald worden bij drie gelijke weerstanden. Een interessante praktische oefening bestaat er in bij een serieschakeling van bv. 6 gelijke weerstanden (bv. 1 kΩ) via snoertjes één of meerdere overbruggingen te maken. Zo wordt een gemengde schakeling van weerstanden verkregen waarvan het schema moet getekend worden om de substitutieweerstand te kunnen berekenen. Via de ohmmeter kan het resultaat gecontroleerd worden. Bij analoge toestellen kan als toepassing van de wet van ohm de inwendige weerstand bepaald worden van een volt- en een ampèremeter. Hierbij kan er ook worden nagegaan wat er met die inwendige weerstand gebeurt als het meetbereik vergroot wordt. Bij de VA-methode wordt onderzocht of het invloed heeft of je de voltmeter enkel over de weerstand schakelt of over de serieschakeling van de weerstand en de ampèremeter.


107 D/2006/0279/049

4.2.4

Onderzoek van weerstanden


LEERINHOUDEN

De factoren die de weerstand van een geleider Wet van Pouillet + invloed van de temperatuur op de bepalen en hun relatie in een formule weergeven weerstandswaarde en verklaren.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De wet van Pouillet wordt experimenteel afgeleid, eventueel rechtstreeks via de ohmmeter. Het bijgaand onderwijsleergesprek biedt de kans wat dieper in te gaan op de wetenschappelijke methode. Bij constante temperatuur is de weerstand afhankelijk van 3 factoren. Bij onderzoek van de invloed van één van die factoren moet de twee andere factoren constant worden gehouden. Bij een gloeilamp neemt de temperatuur sterk toe bij stijgende spanning, waardoor de verhouding van spanning en stroomsterkte niet meer constant is en het U(I)-diagram geen rechte meer is.


Bepaling van de wet van Pouillet

–

Onderzoek van de temperatuursafhankelijkheid van de weerstand van een geleider

M.b.v. een Ni-draad van een drietal meter kan het I(U)- en het R(U)-diagram bepaald worden zonder koeling en met koeling, door deze onder te dompelen in een groot bekerglas met water. De opgave bestaat er dan in deze grafieken te interpreteren. Door vergelijking van een metaaldraadlamp en een kooldraadlamp kunnen de begrippen PTC- en NTCweerstand aangeraakt worden. Merk wel op dat er enkel kooldraadlampen van 230 V verkrijgbaar zijn, zodat de nodige veiligheidsmaatregelen moeten in acht genomen worden.

4.2.5

Spanningsbronnen


LEERINHOUDEN

–

Het verschil tussen elektromotorische spanning EMS en klemspanning (EMS) en klemspanning omschrijven.

–

De kleinere waarde van de klemspanning bij stij- Inwendige weerstand van een bron gende belasting m.b.v. de inwendige weerstand van de bron verklaren.

–

De bedoeling van een serie- en een parallelscha- Schakelen van bronnen keling van bronnen toelichten aan de hand van – in serie voorbeelden. – in parallel – gemengde schakelingen Toepassingen

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Een belaste batterij levert een kleinere spanning dan een onbelaste. Dit geeft aanleiding tot de begrippen klemspanning en E.M.S. (elektromotorische spanning). Dit is te verklaren door de inwendige weerstand van de batterij. Een platte batterij is bv. een serieschakeling van 3 Leclanché-elementen (C-Zn) van 1,5 V. Een 12 V batterij bij een personenwagen bestaat uit een serieschakeling van 6 parallelschakelingen van loodaccu’s (2,0 V). Eventueel kunnen deze onderwerpen enkel als leerlingenproef behandeld worden onder de vorm van een onderzoekslaboratorium.

108 D/2006/0279/049



Bepaling van de E.M.S. en de inwendige weerstand van een batterij

Omwille van de constante inwendige weerstand gebruikt men hierbij een batterij. Na vaststelling van klemspanning en E.M.S., verkleint men de belastingsweerstand. In een U(I)-grafiek verkrijgen we een dalende rechte. Zetten we U-U0 uit tegenover I, dan verkrijgen we een rechte door de oorsprong. De richtingscoëfficiënt van deze rechte is de inwendige weerstand van de bron. Deze proef biedt een gelegenheid tot redeneren uitgaande van grafieken: de U(I)-grafiek is een dalende rechte en de U0-U (I)-grafiek levert een rechte door de oorsprong.

4.2.6

Condensatoren


LEERINHOUDEN

–

Het condensatieverschijnsel bij ladingen toelichten Het condensatieverschijnsel: de condensator en de formule en eenheid van capaciteit weerge- Capaciteit van een condensator en eenheid ven.

–

Het spanningsverloop bij het laden en het ontladen Laden en ontladen van condensatoren van een condensator weergeven.

–

Het begrip “tijdconstante” verwoorden en er bere- Het begrip tijdsconstante bij een RC-kring keningen mee uitvoeren.

–

De formules voor het berekenen van de vervan- Vervangingscapaciteit voor de serie- en parallelschagingscapaciteit van een serie of parallelschakeling keling van condensatoren van condensatoren weergeven en toepassen.

–

De formule voor de capaciteit van een vlakke con- De vlakke condensator: permittiviteit densator weergeven.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Het condensatieverschijnsel van ladingen kan experimenteel aangetoond worden met een daartoe aangepaste elektroscoop (vlak bovenstuk). Met behulp van een pc met meetinterface kan het open ontladen van condensatoren langs experimentele weg op een aanschouwelijke manier (m.b.v. grafieken) worden behandeld. Leerlingen moeten inzien dat na t = 5.RC de condensator volledig opgeladen is of ontladen is. LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van de ontlaad- en oplaadkromme van een condensator

–

Bepaling van de capaciteit van een condensator

Wanneer je de oplaad- en ontlaadcurven manueel opmeet dan neem je best grote waarden voor de weerstand en de condensator. Je kan hier eventueel het begrip RC-tijd introduceren. Gebruik je bv. een condensator van 4700 μF en een weerstand van 15 kΩ dan bekom je een RC-tijd van 70,5 s. Men neemt aan dat een condensator volledig op- of ontladen is na 5 RC-tijden. Om de capaciteit te bepalen heb je de lading nodig. Dit kan tegenwoordig via de integratiemogelijkheden die ingebouwd zijn in de software voor metingen met de pc. Gebruik je een constante stroombron dan kan je de lading bepalen als het product van de ingestelde constante stroomsterkte en de tijdsduur, bepaald via een chronometer.


109 D/2006/0279/049

4.3

Elektromagnetisme

4.3.1

Permanente- en elektromagneten


LEERINHOUDEN

–

Magnetische verschijnselen bij permanente magneten beschrijven d.m.v. magneetpolen, magnetische krachtwerking, magnetisch veld en magnetische veldlijnen en enkele toepassingen van opnoemen.

Ferromagnetische en niet-ferromagnetische stoffen Permanente magneten: – soorten – magneetpolen en krachtwerking – aardmagnetisme en het kompas Magnetisch veld en veldlijnen

–

De vorm van het magnetisch veld rond een Elektromagnetisch veld: vorm en zin van de veldlijnen stroomvoerende draad, in een winding en in een – bij een stroomvoerende draad spoel beschrijven en m.b.v. veldlijnen voorstellen. – bij een stroomvoerende winding – in een stroomvoerende spoel

–

Enkele praktische toepassingen van elektromagne- Toepassingen van permanente magneten tisme verklaren.

–

De oorsprong van het magnetisme van de materie Verklaring van het magnetisme van de materie verklaren en het magnetiseren en demagnetiseren ermee in verband kunnen brengen.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De studie van de permanente magneten is geen studieobject op zich maar is opgenomen in de leerinhouden in functie van de verschijnselen die zich voordoen in het elektromagnetisme. Belangrijk hier zijn het veldbegrip en de afspraak i.v.m. de zin van de veldlijnen. Via proefjes kan je de vuistregels voor vorm en zin van het magnetisch veld illustreren. Uit de overeenstemmende velden van een permanente staafmagneet en een solenoïde (eventueel met weekijzeren kern) kan men besluiten dat binnenin de materie eveneens “kringstromen” moeten voorkomen die verantwoordelijk zijn voor het magnetisch gedrag van de materie. Het is niet de bedoeling de formules voor de grootte van veldsterkte bij de verschillende stroomvoerende geleiders af te leiden en te behandelen. Voorbeelden van toepassingen zijn de bel, de relais, de luidspreker, het opnemen van audio- en videomateriaal op magneetband, ...

4.3.2

Elektromagnetische krachtwerking


LEERINHOUDEN

–

De richting, de zin en de grootte van de Lorentz- De Lorentzkracht kracht op een rechte stroomgeleider en hiermee de magnetische inductie omschrijven

–

De richting, de zin en de grootte van de Lorentzkracht op een bewegende lading bepalen.

–

De richting, de zin en de grootte van de magneti- De magnetische inductie in een solenoïde en rond sche inductie rond een rechte geleider en in een een rechte geleider spoel bepalen.

–

Het werkingsprincipe van een technische toestel dat verband houdt met de lorentzkracht uitleggen.

110 D/2006/0279/049

Praktische toepassingen zoals afbuiging in een beeldbuis, de Hallsonde


–

De krachtwerking op een rechthoekige winding De gelijkstroommotor, de draaispoel-galvanometer toelichten en toepassen bij de gelijkstroommotor.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De waarde van de magnetisch inductie geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. Daarom hoeft men de veldsterkte H niet te definiëren. De definitie van de magnetische inductie B wordt afgeleid uit de formule van de Lorentzkracht FL = B.I.L. Als toepassing van de magnetische krachtwerking kunnen ondermeer de werking van de elektrische motor, draaispoel-ampèremeter, de Hall-sonde en eventueel de afbuiging van de elektronenbundel in een oscilloscoop behandeld worden. De formule F = B.Q.v wordt afgeleid, wegens het belang ervan in CRT-beeldbuizen.


Bepaling van de Lorentzkracht via een U-vormige magneten op een bovenweger.

–

Bepaling van de magnetische inductie in een solenoïde d.m.v. een Hall-sensor.

–

Bepaling van de magnetische inductie rond een rechte geleider d.m.v. een Hall-sensor.

Via de massa (na tarreren) op een bovenweger kan de reactiekracht van de Lorentzkracht die een U-vormige magneet uitoefent op een stroomvoerende geleider onderzocht worden. Werk je met één geleider dan moet je beschikken over een balans tot 0,01 g. Beschik je slechts over een balans op 0,1 g dan kan een groot stroomvoerend kader van bv. 50 windingen soelaas brengen. Voor het meten van de magnetische inductie beschikken we sedert de introductie van de pc als meetinstrument over betaalbare Hall-sensoren.

4.3.3

Het elektromagnetisch inductieverschijnsel


LEERINHOUDEN

–

Fluxverandering als oorzaak van inductiespanning Magnetische flux toelichten.

– –

Met behulp van de wet van Lenz de zin van de Fluxverandering als oorzaak van inductiespanning inductiespanning vinden. Wet van Lenz De algemene inductiewet (formule) weergeven.

–

Het werkingsprincipe van een generator uitleggen. Algemene inductiewet

–

De transformatieverhouding bij de spanningen en Toepassingen: de generator, transformator en enerde stromen van de spoelen van een ideale trans- gietransport formator toepassen en zijn functie bij het transport van elektrische energie toelichten.

–

Het zelfinductieverschijnsel toelichten en verklaren. Zelfinductieverschijnsel en zelfinductiecoëfficiënt

–

Voor een spoel de formules voor zelfinductiecoëfficient en zelfinductiespanning weergeven en toepassen.

–

Het verschijnsel wervelstromen toelichten.

Wervelstromen

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De flux is een maat voor het aantal veldlijnen door een oppervlak. Experimenteel wordt aangetoond dat een fluxverandering in een spoel, op welke wijze dit ook gebeurt een spanning doet ontstaan aan de uiteinden van die spoel. Men wijst er vooral op dat het de verandering is van het aantal veldlijnen die de inductiespanning doet ontstaan. Indien de kring gesloten is vloeit er een inductiestroom. 3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste fysica

111 D/2006/0279/049

Uit dit verschijnsel volgt de wet van Faraday-Lenz. De belangrijkste toepassing van het genereren van een spanning door een fluxverandering is de generator bv. de fietsdynamo. Merk op dat een dynamo, aangesloten op een wisselspanning van 6 V, kan gebruikt worden als illustratie van een wisselstroommotor. Bij de transformator beperken we ons tot de onbelaste transformator. Bij een ideale transformator is het uitgangsvermogen gelijk aan het ingangsvermogen (P2 = P1). Hieruit leidt men af de stromen en het aantal windingen omgekeerd evenredig zijn. Je merkt dit aan de draaddoorsneden van primair en secondair in bv. een adaptor.

4.4


4.4.1

DE E.C.B.


LEERINHOUDEN

De begrippen periode, frequentie, omtreksnelheid, De E.C.B. hoeksnelheid, middel-puntzoekende versnelling en middel-puntzoekende kracht toepassen bij een E.C.B.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Om aan te geven dat er wel degelijk versnelling is bij een E.C.B., moeten we beroep doen op het vectorieel karakter van de snelheid. Er is immers een voortdurende verandering van richting. De netto-kracht die werkt op een massa die in een cirkelbaan beweegt is een kracht naar het middelpunt. De benodigde middelpuntzoekende kracht wordt bv. geleverd door de spankracht van het touw op de massa die we rondslingeren, of door de zwaartekracht van de zon op de planeten, of door de wand van een draaiende trommel in de centrifuge, of door de wrijvingskracht van de banden met het wegdek bij een wagen in een bocht, ... LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van de centripetale kracht bij een E.C.B.

Door gebruik te maken van een glazen buisje, een vissnoertje, een ijkmassa en een rubberstop kunnen we via eenvoudig middelen aantonen dat de centripetale kracht naar het centrum wijst en kunnen we daarenboven de grootte ervan nagaan via de formule Fcp = m.ω2.r

4.4.2

De harmonische trilling


LEERINHOUDEN

–

De positie van een puntmassa die een harmoni- De harmonische trilling: wiskundige en grafische sche trilling uitvoert beschrijven en grafisch voor- voorstelling, uitwijking, amplitude, periode, frequentie, stellen. pulsatie, fase, beginfase en faseverschil.

–

De formule voor de snelheid, de versnelling en de Snelheid, versnelling en elastische terugroepkracht kracht bij een harmonische trilling afleiden en grafisch voorstellen.

–

De formule voor de periode toelichten.

–

De energieomzettingen bij een harmonische trilling Energieomzettingen bij een massaveersysteem en bij omschrijven en toepassen. een slingerbeweging

112 D/2006/0279/049

Formule voor de periode van een massaveersysteem en van een slinger


PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De harmonische trilling wordt ingevoerd via de projectie van een E.C.B. De betekenis van A, ω en φ wordt ingeoefend via de grafische voorstelling. Fasoren zijn hierbij een handig hulpmiddel, zowel bij uitwijking, snelheid als versnelling. De theoretisch bepaalde formules van snelheid en versnelling kunnen experimenteel geverifieerd worden via de pc. Vanuit de gemeten uitwijking kan m.b.v. bijgeleverde software de snelheid en de versnelling als een afgeleide bekomen worden. Uit de versnelling kan dan via het tweede beginsel van Newton de kracht afgeleid worden. Hieruit kan dan de formule voor de periode afgeleid worden. Merk op dat de slingerformule slechts geldig is voor kleine amplitudes. Slechts in dat geval is de kracht evenredig met de uitwijking en is de slingerbeweging een harmonische trilling. Ook hier weer kan de pc ingeschakeld worden.


Bepaling van de slingerformule

–

De slinger van Mach via een rollende kogel op een hellende plank

–

De slinger van Mach via een metronoom

–

Bepaling van de periode van een massa aan een veer

–

Bepaling van de periode van een drijvend lichaam

–

Bepaling van de periode van een waterkolom in een lange U-vormige buis

Het is aangewezen de leerlingen er attent op te maken dat de slingerformule enkel van toepassing is bij kleine amplitudes. Aangezien T ~ 1/g1/2 verwachten we dat g.T 2 een constante is voor de verschillende hellingshoeken van de plank. Dit is echter niet het geval door het rollen van de kogel, waardoor we moeten rekening houden met de rotatie kinetische energie. We kunnen dit ondervangen door een variante van de proef uit te voeren met een metronoom, die we achtereenvolgens op een hellende plank onder verschillende hoeken plaatsen. Bij kleine massa’s wijkt de gemeten periode af van de berekende periode. Immers de windingen van de veer trillen ook mee en hun massa wordt niet meegerekend bij het invullen van de formule. Het zelfs zo dat de onderste windingen met een grotere amplitude trillen dan de bovenste. Bij de bepaling van de periode wordt veelal een met lood gevulde proefbuis in water gebruikt. Een alternatief is bv. het gebruik van een densimeter van 800-1000 kg/m3 in een alcohol/wateroplossing van ± 900 kg/m3 en/of een densimeter van 1000-1200 kg/m3 in een zoutoplossing van ± 1100 kg/m3. Een interessant probleemoplossend practicum bestaat erin een onbekende massa te bepalen door de periode van de trilling van die massa aan een veer te meten en de formule voor periode van een massa aan een veer om te vormen. Dit kan opgevat worden als een open practicum, daar de leerlingen zelf eerst de veerconstante van die veer moeten bepalen. Daarvoor moeten een aantal ijkmassa’s en een chronometer beschikbaar zijn.

4.4.3

De gedempte harmonische trilling


LEERINHOUDEN

De invloed van demping op een vrije harmonische Exponentiële afname van de amplitude bij een getrilling beschrijven. dempte harmonische trilling


113 D/2006/0279/049


Bepaling van de exponentiële afname van de amplitude bij een gedempte harmonische trilling

Via een “waterpotentiometer” in combinatie met de pc kan de uitwijking grafisch uitgezet worden in functie van de tijd. Analyse van de opeenvolgende maximale uitwijkingen levert de exponentiële afname van de amplitude.

4.4.4

De gedwongen harmonische trilling


LEERINHOUDEN

–

Het onderscheid tussen een vrije en een gedwon- Vrije en gedwongen trilling gen harmonische trilling beschrijven.

–

De afhankelijkheid van de amplitude van de fre- Resonantie en toepassingen quentie bij een gedwongen harmonische trilling toelichten en in verband brengen met concrete voorbeelden van resonantie.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN In een klassituatie kan je dit verschijnsel aantonen via twee gelijke stemvorken of via twee verbonden veren of slingers. Het verschijnsel doet zich veelvuldig voor in de leefwereld: meetrillen van mechanische onderdelen, het instorten van de Tacoma Bridge, het stukspringen van een glas, … Dit verschijnsel is nogmaals een illustratie van het behoud van energie in een gesloten systeem. LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van de resonantiecurve van een massa aan een veer

Om te vermijden dat de amplitude bij resonantie te groot wordt, moet de massa in water ondergedompeld zijn. Vooraf kan de eigenfrequentie van de vrije trilling van die massa in water worden bepaald. We bepalen de amplitude in functie van de opgelegde frequentie. We wijzigen de frequentie via een motor met variabel toerental of via een vibratiegenerator aangesloten op een frequentiegenerator.

4.4.5

Samenstellen van trillingen


LEERINHOUDEN

–

D.m.v. fasoren de samenstelling van evenwijdige Samenstellen van evenwijdige harmonische trillingen harmonische trillingen met zelfde en verschillende met zelfde en met verschillende frequentie frequentie toelichten.

–

Figuren van Lissajous bij onderling loodrechte Samenstellen van onderling loodrechte harmonische harmonische trillingen construeren en interprete- trillingen: figuren van Lissajous ren. – met zelfde frequentie – met verschillende frequenties

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Je kan eventueel gebruik maken van simulatie op de pc. De nadruk komt zo eerder te liggen op het interpreteren, dan op het construeren.

114 D/2006/0279/049


4.4.6

Lopende golven


LEERINHOUDEN

Een lopende golf als een voortplanting van een Lopende golven harmonische trilling kwalitatief en kwantitatief om- Soorten schrijven. – longitudinale/transversale – mechanische/elektromagnetische Golflengte De golfvergelijking van een 1-dimensionale lopende golf Energie en intensiteit

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Hoewel heel mooie computersimulaties op de markt zijn, zijn een lang touw en een slinky-veer nog altijd zeer eenvoudige en doeltreffende media om het begrip golf in te voeren. Bij de definitie van golflengte kan men er via v = λ.f op wijzen dat voor een bepaalde middenstof golflengte en frequentie omgekeerd evenredig zijn met elkaar. Dit kan eveneens via een dik touw geïllustreerd worden. Hoewel geluid later in detail zal besproken worden, kan het hier reeds verschillende keer als illustratie aan bod komen. Voor wat betreft de afname van de intensiteit met de afstand is de voortplanting van een golf op een wateroppervlak een interessant hulpmiddel. Voor de afname van de intensiteit bij golven in 3 dimensies spreekt men soms van de omgekeerde kwadratenwet. Je kunt de leerlingen er op wijzen dat bij een golf er voortplanting van energie is, maar geen massatransport.

4.4.7

Eigenschappen van lopende golven


LEERINHOUDEN

M.b.v. het golfmodel terugkaatsing, breking, bui- Beginsel van Huygens ging en interferentie van lopende golven toelichten Eigenschappen van lopende golven: terugkaatsing, breking, buiging, interferentie

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Terugkaatsing en breking kennen de leerlingen vanuit de 2de graad. Het is niet de bedoeling de terugkaatsingwet en de brekingswet vanuit het beginsel van Huygens te bewijzen. Wel kan men aantonen dat die wetten die de leerlingen kennen voor licht ook geldig zijn voor alle golven. Wijs bv. op een paraboolantenne voor radiogolven. De verschijnselen buiging en interferentie werden niet in de 2de graad behandeld. Interessant bij buiging is het verschillend gedrag van geluid en licht bij een deuropening. Hieruit kan de buigingsvoorwaarde duidelijk gemaakt worden. Deze verklaart bv. waarom een lichtmicroscoop objecten kleiner dan de golflengte van het licht niet kan detecteren. Merk hierbij op dat buiging zich zowel aan een opening als aan een hindernis kan voordoen.


115 D/2006/0279/049

4.4.8

Staande golven


LEERINHOUDEN

–

De terugkaatsing aan een vast en aan een vrij uit- Terugkaatsing aan een vast en aan een vrij uiteinde einde toelichten.

–

Het verschijnsel staande golven beschrijven aan de Transversale staande golven hand van een staande golf op een touw. Longitudinale staande golven

–

De frequenties waarbij staande golven in een midden voorkomen aantonen.

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Terugkaatsing aan een vrij uiteinde kan aangetoond worden door aan een dik touw een metalen ring te bevestigen en deze op een gespannen nylondraad (vissnoer) te schuiven. Een elegante methode om de opeenvolgende frequenties waarbij staande golven optreden op een gespannen touw (transversaal) of in een veer (longitudinaal) te onderzoeken is via de pc in combinatie met de vibratiegenerator. Transversale staande golven kan je ook aantonen m.b.v. een lange pvc-buis waarop je trillingen aanlegt via je hand. LEERLINGENPRACTICA –

De proef van Melde

–

De proef van Kundt

De proef van Kundt wordt veelal uitgevoerd met een stemvork en een leeglopende buis met water. Een alternatief bestaat erin een luidspreker, aangesloten op een frequentiegenerator, met versterker, voor een glazen buis te plaatsen. Zo kunnen er metingen uitgevoerd worden bij constante lengte van de buis in functie van de frequentie. Het optreden van staande golven is hoorbaar en kan visueel gemaakt worden via kurkmeel. Hieruit kan ook de geluidssnelheid bepaald worden.

4.5


4.5.1

Geluid


LEERINHOUDEN

–

Het ontstaan en de voortplanting van geluid toelich- Ontstaan van geluid ten.

–

De voortplanting van geluid bij gassen, vloeistoffen Voortplanting van geluid door gassen, vloeistoffen en en vaste stoffen beschrijven. vaste stoffen

–

De kenmerken van een toon en enkele toepassin- Kenmerken van een toon gen weergeven en omschrijven. – toonhoogte – toonsterkte (+ dB-schaal) – toonklank

–

Het dopplereffect en enkele toepassingen beschrij- Dopplereffect + toepassingen ven.

–

Geluidsmuur en supersonische snelheden toelichten.

116 D/2006/0279/049


PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Bij ultrasonen kan gewezen worden op het gebruik bij allerlei echografieën. Bij geluidsterkte (= intensiteit I : W/m2) zal het geluidsniveau (dB) en kan eventueel het luidheidsniveau (foon) besproken worden. De isofoonkrommen van Fletcher kunnen hierbij ter illustratie besproken worden. Het dopplereffect kan verklaard worden via constructie van golffronten. Het afleiden van de formules voor de frequentieverschuiving en oefeningen daarop moet als een uitbreiding beschouwd worden. Een toepassing van het dopplereffect vind je bij het meten van de stroomsnelheid van het bloed via reflectie van ultrasonen op de bloedplaatjes. De frequentieverschuiving van het gereflecteerde t.o.v. het uitgezonden signaal stelt de cardioloog in staat dit te doen. Als technische toepassing kan hier de flitsradar besproken worden. In deze context kan er ook gesproken worden over de roodverschuiving die astrofysici constateren bij de waarneming van sterren. Dit vormt een belangrijk argument voor de theorie van de uitdijïng van het heelal en de Big Bang. LEERLINGENPRACTICA –

Onderzoek van toonhoogte, toonsterkte en toonklank

Via een geluidsensor in combinatie met een meetinterface kan je het oscillogram van geluid registreren. Met stemvorken, je eigen stem en/of muziekinstrumenten kan je de kenmerken van een toon onderzoeken.

4.5.2

Ontstaan en eigenschappen van licht


–

LEERINHOUDEN

Het ontstaan van licht via absorptie en spontane Ontstaan van licht: absorptie en spontane emissie emissie beschrijven en hiermee de frequentie en Eigenschappen: frequentie (mono- en polychromade fase toelichten. tisch) en fase (coherent en incoherent licht) Gestimuleerde emissie: de laser Het ontstaan van laserlicht via gestimuleerde emissie omschrijven.

–

Enkele andere elektromagnetische golven situeren Het elektromagnetisch spectrum + toepassingen in het elektromagnetisch spectrum en enkele belangrijke toepassingen opnoemen en beschrijven.

–

Interferentie van licht aan 2 spleten en aan een Interferentie van licht rooster beschrijven en hiermee de golflengte van het licht bepalen.

–

Polarisatie van licht via polarisatiefilters en na te- Polarisatie bij licht rugkaatsing beschrijven. – door polarisatiefilters – bij terugkaatsing, wet van Brewster Optische activiteit toelichten. – optische activiteit

–

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Bij de bespreking van het ontstaan van licht kan men oog hebben voor de verschillende soorten lichtbronnen (gloeilamp, gasontladingslamp en fluorescentielamp) en hierbij de eigenschappen frequentie en fase bespreken. Er zal zeker de nodige aandacht besteed worden aan het ontstaan van laserlicht (gestimuleerde emissie) van waaruit de heel speciale eigenschappen van het laserlicht kunnen besproken worden. Van daaruit kunnen dan enkele praktische toepassingen behandeld worden. Bij het elektromagnetisch spectrum kunnen telkens enkele van de belangrijkste eigenschappen en toepassingen aangehaald worden.


117 D/2006/0279/049

M.b.v. interferentie aan een rooster kan via eenvoudige middelen het spectrum van een gloeilamp (continu spectrum) en een kwikdamplamp (diskreet spectrum) aangetoond worden en kan de golflengte gemeten worden onder de vorm van een leerlingenpracticum. Tegenwoordig kan je voor het aantonen van interferentie aan een rooster gebruik maken van goedkope laserpennen. De polarisatie van licht kan aangetoond worden m.b.v. 2 polarisatiefilters. Interessant hierbij is dat het licht van een LCD-display lineair gepolariseerd is. Met bepaalde zonnebrillen kan dit ook waargenomen worden. Voor polarisatie bij terugkaatsing gebruikt men bij voorkeur een zwarte spiegel (zwarte vloerplint). Een praktische toepassing van polarisatie heb je bij het verschijnsel foto-elasticiteit. Hiermee verkrijgt men een beeld van de krachten die optreden in een technisch ontwerp.


De proef van Young

–

Model voor de proef van Young via golven op twee stroken plexiglas

–

Model voor interferentie aan een rooster via repen golfkarton

–

Bepaling van de golflengte van een laserpen via interferentie aan een rooster

–

Bepaling van het spectrum van een gloeilamp en een kwikdamplamp via interferentie aan een rooster

Via een getekend golfpatroon op twee repen plexiglas kan constructieve en destructieve interferentie bij de proef van Young gesimuleerd worden. Analoog kan met repen golfkarton de interferentie aan een rooster nagebootst worden. Via een laserpen en roosters van bv. 100, 300 en 600 lijnen/mm kan het interferentiepatroon op een scherm zichtbaar gemaakt worden en kan daaruit de golflengte van dat laserlicht bepaald worden. Is de golflengte van de laserpen gekend dan kan, eventueel als probleemopdracht, gevraagd worden de roosterconstante van een cd-rom te bepalen. De groefjes zorgen ervoor dat we hier een reflectietralie hebben. M.b.v. een stukje tape kan je echter een stukje van het aluminiumlaagje afritsen, waardoor je een diffractietralie verkrijgt. Uit meting van de grootste en de kleinste diameter kan hier zelfs de totale spoorlengte van een cd-rom uit berekend worden. Bij een gloeilamp kan via interferentie het continu spectrum onderzocht worden. Bij een kwikdamplamp verkrijgen we een diskreet spectrum. Een variantie hierop is de bepaling van de golflengte van een LED, die als een open opdracht kan gegeven worden. Uit de bepaalde golflengte kan hier gevraagd worden de frequentie en de energiegap tussen geleidings- en valentieband te berekenen.

4.5.3

Wisselspanning en wisselstroom


LEERINHOUDEN

–

Het onderscheid tussen gelijkstroom(spanning) en Het begrip wisselstroom(spanning) wisselstroom(spanning) toelichten.

–

De effectiefwaarde bepalen m.b.v. de amplitude en Ogenblikkelijke waarde, maximumwaarde, effectiefhet nut ervan toelichten. waarde en hun verband

–

De begrippen fase, faseverschil, voor- en naijlen Grafische voorstelling toelichten m.b.v. de grafiek en de fasorenvoorstel- Voorstelling met fasoren ling.

–

Faseverschil tussen stroom en spanning bij enkel- Enkelvoudige wisselstroomketens: voudige wisselstroomketens omschrijven. – keten met ohmse weerstand De inductieve en de capacitieve reactantie toelich- – keten met een (ideale) spoel: faseverschil tussen spanning en stroom, inductieve reactantie ten en berekenen in getallenvoorbeelden. – keten met een condensator: faseverschil tussen spanning en stroom, capactieve reactantie

–

118 D/2006/0279/049


–

Impedantie en faseverschil bij RL-, RC- en RLC- Samengestelde wisselstroomketens: seriekringen berekenen in concrete gevallen. RL-, RC- en RLC-kring: faseverschil en impedantie

–

Resonantie bij een RLC-kring toelichten via faso- Resonantie bij een RLC-kring rendiagram en grafiek.

–

Het vermogen bij een wisselsstroom in concrete Vermogen van een wisselstroom gevallen gevallen uitreken.

–

De bedoeling van de arbeidsfactor uitleggen.

–

De bedoeling van driefasige wisselstroom aanto- Driefasige wisselstroom nen.

Arbeidsfactor

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Het ontstaan van een wisselstroom en een wisselspanning kan ter herhaling via een bewegende magneet bij een spoel aangetoond worden. Een wisselspanning is een sinusoïdaal veranderende spanning. Het faseverschil tussen stroom en spanning kan goed aangetoond worden via de fasorenvoorstelling. Het is aangewezen het begrip reactantie voor te stellen als “wisselstroomweerstand”.


Bepaling van de capacitieve reactantie van een condensator in functie van de frequentie

–

Bepaling van de capaciteit van een condensator via de VA-methode

–

Bepaling van de inductieve reactantie van een spoel in functie van de frequentie

–

Bepaling van de zelfinductie-coëfficiënt van een spoel via de VA-methode

–

Bepaling van de stroom en de impedantie in functie van de frequentie bij een RLC-kring

Metingen in functie van de frequentie kunnen manueel gebeuren via een frequentiegenerator, maar kunnen ook via de pc gebeuren via de geschikte software. Hierbij verkrijg je direct de grafieken die dan nog geïnterpreteerd moeten worden. Nadat de leerlingen in een gesloten practicum uit de capacitieve reactantie de capaciteit van een condensator gemeten hebben, kan als probleempracticum, eventueel ter evaluatie, hen gevraagd worden, in een open practicum, de zelfinductiecoëfficiënt van een spoel te bepalen via de inductieve reactantie.

4.6

Elektronica

4.6.1

Halfgeleiders


LEERINHOUDEN

–

De geleiding bij geleiders, isolatoren en halfgeleiders verklaren uitgaande van het energiebandenmodel.

Het energiebandenmodel: valentie- en geleidingsband Intrinsieke halfgeleiding: thermische generatie van elektron-gat-paren

–

Extrinsieke halfgeleiders van het P- en van het N- Extrinsieke halfgeleiding: N- en P-type type beschrijven en verklaren.


119 D/2006/0279/049

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Het vrij-elektronmodel kan het onderscheid tussen geleiders en isolatoren verklaren, maar is ontoereikend om halfgeleiders te verklaren. Vanuit het Pauli-verbod komen we tot de energiebandenstructuur. In tegenstelling tot bij geleiders zal de weerstand van een halfgeleider dalen bij stijgende temperatuur. Eventueel kan ook het energiebandenmodel van een N- en P-type extrinsieke halfgeleiders aangebracht worden.

4.6.2

Diodes


LEERINHOUDEN

–

De bouw van een diode omschrijven en de werking ervan toelichten en verklaren.

Bouw en werking van de junctiediode Verklaring van de junctiediode: – ontstaan van uitputtingsgebied, – diode in sper, lekstroom, – diode in doorlaat

–

Aan de hand van de diodekarakteristiek de eigenschappen van een diode omschrijven.

Diodekarakteristieken: drempelspanning, doorslagspanning, onderscheid tussen Ge- en Sidiode, temperatuursafhankelijkheid

–

Het gebruik van de diode als kringelement toelich- De diode als kringelement: belastingslijn, werkpunt, ten. gedissipeerd vermogen

–

Functie en werking van een LED omschrijven.

De LED

–

Enkele toepassingen van een diode toelichten.

De diode in een gelijkrichterschakeling Andere toepassingen: als schakelaar, als beveiliging

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Via de pc in combinatie met een meetinterface is de diodekarakteristiek direct voorhanden. Een LED wordt vnl. gebruikt als indicatorlampje. Men berekent de serieweerstand zodat de stroom door de LED tussen 10 en 20 mA is. De gelijkrichterschakeling en de invloed van weerstand en condensator kan geïllustreerd worden met de pc of de oscilloscoop. LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van de doorlaatkarakteristiek van een diode

–

Onderzoek van gelijkrichting via diodes

–

Spanningsstabilisatie via een zenerdiode

–

Toepassing van een diode: de clipschakeling

Gelijkrichting en de clipschakeling kan aangetoond worden via de oscilloscoop, maar via de pc en aangepaste meetsoftware kunnen de grafiek direct uitgeprint en verklaard worden. De invloed van condensator, weerstand en frequentie kan zo snel onderzocht worden.

120 D/2006/0279/049


4.6.3

De bipolaire transistor


LEERINHOUDEN

–

De twee types transistoren schematisch voorstellen.

PNP- en NPN-transistor

–

Het transistoreffect beschrijven en verklaren en daaruit de fundamentele transistorvergelijkingen afleiden.

Het transistoreffect + de fundamentele transistorvergelijkingen

–

De fundamentele transistorschakelingen toelichten en het verband tussen uitgangsstroom en ingangsstroom bepalen.

De fundamentele transistorschakelingen: GBS, GES en GCS

–

De statische transistorkarakteristieken schetsen en de betekenis ervan toelichten.

De statische transistorkarakteristieken in GES: – uitgangskarakteristiek, – ingangskarakteristiek, – stroomversterkingskarakteristiek, – de karakteristiekenbundel

–

Aan de hand van dit karakteristiekenbundel via projectie van het werkpunt in één kwadrant het werkpunt in de andere kwadranten bepalen.

–

Toelichten hoe je aan de hand van de karakteristieken de verschillende h-parameters bepaalt.

De karakteristieke parameters (h-parameters): – dynamische ingangsweerstand, – dynamische stroomversterking, – dynamische uitgangsgeleidbaarheid

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Het transistoreffect kan best via een proefje worden aangetoond: hoewel de CB-junktie in sper geschakeld is, is er toch een collectorstroom, aangezien de emittorstroom (de EB-junktie is in doorlaat geschakeld) voor bijna 100 % in de collector geïnjecteerd word. De emittorstroom en de collectorstroom worden hier aangetoond via identieke lampjes, die op het zicht even fel branden. Vermits er bij een versterkerschakeling 4 aansluitklemmen, 2 voor de ingang en 2 voor de uitgang, vereist zijn en een transistor maar 3 aansluitingen heeft, moet er één gemeenschappelijk zijn voor ingang en uitgang. Vandaar de GBS, GES en GCS. In wat volgt beperken we ons tot de GES, aangezien deze schakeling hoofdzakelijk gebruikt wordt in versterkerschakelingen en bij de transistor als schakelaar. LEERLINGENPRACTICA –

Bepaling van het transistoreffect

Via een GBS met telkens een lampje in de emittorkring en in de collectorkring kan je het transistoreffect onderzoeken. Je kan ook de verschillende stromen meten en zo de statische stroomversterkingsfactor α bepalen.


121 D/2006/0279/049

4.6.4

De bipolaire transistor als versterker


LEERINHOUDEN

Toelichten wat bedoeld wordt met een klasse Ainstelling.

Vastleggen van het instelpunt – klasse-A instelling – collectordissipatie In concrete schakeling een collectorweerstand – collectordissipatielijn berekenen, zodat de uitgangsbelastingslijn onder – collectorweerstand de dissipatiehyperbool ligt.

–

De bedoeling van de gelijkstroominstelling van een transistor aan de hand van de karakteristiekenbundel uitleggen.

–

De basisweerstand berekenen nodig voor de gelijkstroominstelling van een transistor.

–

De spanningsdeler berekenen nodig voor de gelijkstroominstelling van een transistor.

–

De nadelige invloed van spreiding en temperatuurseffecten toelichten aan de hand van de karakteristiekenbundel.

–

Het koppelen van de basisweerstand aan de collector voor de stabilisatie van het werkpunt toelichten.

–

Het gebruik van een emittorweerstand voor de stabilisatie van het werkpunt bij een spanningsdeler toelichten.

–

De nadelige invloed van een emittorweerstand op de spanningsversterking en de remedie ervoor toelichten.

Gelijkstroominstelling (polarisatie) – d.m.v. een basisweerstand – d.m.v een spanningsdeler

Stabilisatie van het werkpunt – spreiding en temperatuursinvloeden – door de basisweerstand aan de collector te koppelen – met spanningsdeler en emittorweerstand

Vermindering van de wisselspanningsversterking door de emittorweerstand

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Bij een klasse-A instelling kiezen we UCE = Uv/2, hierdoor ligt het werkpunt in het midden van de uitgangsbelastingslijn. Via projectie in de karakteristiekenbundel kan dan het werkpunt bepaald worden bij de stroomversterkings- en de ingangskarakteristiek. Wijs de leerlingen erop dat ze best redeneren op basis van het schema en dat er eigenlijk enkel gewerkt wordt met de spanningswet (Kirchoff) en de wet van Ohm.

4.6.5

De bipolaire transistor als schakelaar


LEERINHOUDEN

–

Het onderscheid tussen een transistor in cut-off en in verzadiging aan de hand van de uitgangskarakteristiek toelichten en het praktisch nut aangeven.

Principe

–

Enkele toepassingen van de transistor als schakelaar uitleggen aan de hand van de gegeven schakeling.

Toepassingen, zoals bv. schemerschakeling, brandalarm, …

122 D/2006/0279/049


PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Eén van de besproken praktische toepassingen kan via een demonstratieproef geïllustreerd worden. Merk op dat dit korte item, over de transistor als schakelaar, eigenlijk het uitgangspunt is van een andere tak van de elektronica, de digitale elektronica.

4.7

Kernfysica

4.7.1

Radioactiviteit


LEERINHOUDEN

–

De verschillende soorten kernstraling beschrijven, hun kenmerken weergeven en de transmutatieregels toepassen.

Soorten radioactiviteit (α, β en γ-straling) Kenmerken: doordringbaarheid en ioniserend vermogen.

–

De transmutatieregels toepassen.

Radioactief verval, transmutatieregels

–

Het ontstaan van radioactiviteit vanuit de (in)stabiliteit van kernen toelichten.

Stabiele en onstabiele kernen De sterke kernkracht

–

De radioactieve vervalwet hanteren.

Radioactieve vervalwet

–

Kunstmatige radioactiviteit toelichten.

Kunstmatige radioactiviteit

–

De bedoeling en de bouw van enkele deeltjesversnellers toelichten.

Deeltjesversnellers

–

Enkele toepassingen van radionucliden toelichten.

Toepassingen van radionucliden: certechniek, ...

–

Biologisch effect van ioniserende straling op mens en milieu toelichten en hierbij de gepaste grootheden en eenheden hanteren.

Biologisch effect van ioniserende straling Grootheden en eenheden – activiteit (Bq) – (geabsorbeerde) dosis (Gy) – dosisequivalent (Sv)

14

C-methode, tra-

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De structuur van de atoomkern is reeds gekend vanuit de lessen chemie. De meerwaarde is dat men de nadruk legt op de stabiliteit van het atoom en de atoomkern, verwijzend naar de krachten binnen de atoomkern. Het onderscheid tussen zwakke en sterke kernkrachten kan hier worden toegelicht. Bij de transmutatieregels kan het voorkomen van drie natuurlijke transmutatiereeksen even aangehaald worden. Het is hier wel niet de bedoeling zware theoretische beschouwingen te geven. Met een minimum aan theoretische kennis moet het mogelijk zijn vooral het praktisch gebruik van de kernfysica te benadrukken en zo de kernfysica eens in een iets positiever standpunt te stellen dan wat de leerlingen meestal horen en zien in de media. Naast de energiewinning uit atoomkernen, komt het gebruik van radionucliden in allerlei vakgebieden zoals geneeskunde, techniek, ..... aan bod komen. Bij berekeningen i.v.m. het radioactief verval en het toepassen van de transmutatieregels kunnen de leerlingen de benodigde gegevens opzoeken in tabellen.


123 D/2006/0279/049

4.7.2

Energie uit atoomkernen


LEERINHOUDEN

–

Vanuit het massadefect de bindingsenergie van nucliden berekenen.

De kernbinding: massadefect, bindingsenergie en verband met stabiliteit en energiewinning uit kernen

–

Vanuit de grafiek die de bindingsenergie per nucleon tegenover het atoomnummer weergeeft kernsplijting en kernfusie duiden.

–

De kettingreactie bij energiewinning via een kernsplijting toelichten.

–

De werking van een kerncentrale beschrijven.

–

Via berekening aan tonen dat de bindingsenergie bij kernfusie groter is dan bij kernfissie.

–

Aangeven hoe de energieproductie in de zon tot stand komt.

Kernsplijting – splijtingsreacties – kettingreactie – kernreactor Kernfusie

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Het verschil tussen de kernmassa en de som van de massa’s van de samenstellende nucleonen leidt tot de definitie van massadefect. Bij de verklaring van het massadefect wordt het begrip bindingsenergie ingevoerd. Hierbij hoort ook de grafische voorstelling van de specifieke bindingsenergie per nucleon als functie van het massagetal. Als technische toepassing van energie uit atoomkernen wordt in het kort de bouw en werking van een kernreactor besproken.

5

Uitrusting en didactisch materiaal

Naast materiaal voor demonstratieproeven, is de aanwezigheid van materiaal voor leerlingenpractica in voldoende aantallen primordiaal. Vermits de leerlingen in groepjes van 2 (max. 3) werken, zullen een aantal zaken in meervoud moeten aanwezig zijn. Voor de duurdere apparaten kan de leerkracht zich afhankelijk van de klasgrootte beperken tot 1 à 2 exemplaren, die dan gebruikt worden in een circuitpracticum. De hoger vermelde leerlingenpractica vormen geen lijst van verplicht uit te voeren practica, maar laten de leerkracht toe die practica te kiezen, waarmee het best de doelstellingen kunnen gerealiseerd worden, rekening houdend met de materiële situatie in het lab. De gekozen practica dienen voldoende verspreid te zijn over het geheel van de leerstof. Niet vermelde practica, die aansluiten bij de leerstof, zijn vanzelfsprekend ook toegelaten. In die optiek kan de uitrusting van verschillende laboratoria nogal verschillen. Niettemin kunnen een aantal zaken toch als vanzelfsprekend beschouwd worden.

5.1

Basisinfrastructuur

•

Een aangepaste demonstratietafel met water- en energievoorziening.

•

Voldoend aantal werktafels met water en energievoorziening en afvoerbakken.

•

Binnen het lokaal of aangrenzend, moet voldoende bergingsmogelijkheid aanwezig zijn voor het proevenmateriaal.

•

Het lokaal moet verduisterd kunnen worden voor proeven rond interferentie.

124 D/2006/0279/049


•

Projectieapparatuur zoals bv. een beamer en/of retroprojector.

•

Beschikbaarheid van één of meerdere PC’s met aangepaste software voor grafische gegevensverwerkingen + printer en een meetinterface.

•

Internetaansluiting in het vaklokaal

5.2

Basismateriaal

•

Voldoend aantal A-meters en V-meters en/of multimeters

•

Voldoend aantal elektrische componenten: schakelaars, weerstanden, weerstandsdraden, condensatoren, lampjes, spoelen

•

Voldoend aantal snoeren

•

Voldoend aantal regelbare spanningsbronnen voor gelijk- en wisselspanning

•

Minimum één, maar beter twee frequentiegeneratoren

•

Voldoende hoeveelheid aan statiefmateriaal

•

Grote bekers

5.3

Specifiek materiaal

5.3.1

Mechanica

•

Voldoend aantal vloeistofbuizen met luchtbel voor aantonen E.R.B.

•

Proevenmateriaal voor metingen bij de eenparig veranderlijke beweging, zoals bv. tijdtikkers en toebehoren

•

Dynamometers

•

Materiaal om de beginselen van Newton aan te tonen

•

Proevenmateriaal voor metingen aan de horizontale worp: grote plank en klein hellend vlakje, gekromde lanceerbuizen uit PVC, stalen kogeltjes

•

Hefbomen: houten latjes eventueel met doorboringen op gelijke tussenafstanden

5.3.2

Elektriciteit

•

Demonstratiemateriaal voor het aantonen van lading

•

Voldoend proevenmateriaal voor het afleiden van wet van Ohm, Pouillet, stroom- en spanningswetten, zoals bv. planken met verschillende weerstandsdraden

•

Demonstratiemateriaal om de veiligheidsaspecten te illustreren: bv. gewone en automatische zekeringen, verliesstroomschakelaar

•

Voldoend proevenmateriaal om de temperatuursafhankelijk van weerstand te meten

•

Voldoend proevenmateriaal om open ontladen van condensatoren aan te tonen

5.3.3

Elektromagnetisme

•

Naald-, staaf en U-vormige magneten, weekijzeren kernen

•

Demonstratieapparatuur voor het aantonen van het magnetisch veld bij een cirkelvormige geleider en een solenoïde


125 D/2006/0279/049

•

Demonstratiemateriaal voor het meten van de magnetische inductie: hallsonde

•

Demonstratiemateriaal voor aantonen werking van gelijkstroommotor, generator en transformator

5.3.4


•

Harmonische trilling: voldoend aantal spiraalveren met een 2-tal verschillende veerconstanten

•

Demonstratiemateriaal voor lopende golven: lange spiraalveer of touw of rubberen darm en slinky-veer voor demonstratie

•

Demonstratiemateriaal om resonantie aan te tonen, met inbegrip van beeldmateriaal Tacoma brug

•

Demonstratiemateriaal om de eigenschappen van lopende golven op een wateroppervlak aan te tonen.

•

Materiaal om staande golven op een touw (vibratiegenerator) en bij geluid aan te tonen (glazen buizen voor proef van Kundt) en te meten.

5.3.5


•

Transformator

•

Geluid: stemvorken met klankkasten

•

Repen plexiglas, golfkarton, grote planken

•

Voldoend aantal interferentieroosters, bv. met 100 l/mm, 300 l/mm en 600 l/mm voor leerlingenproeven

•

Voldoend aantal laserpennen

•

Voldoend aantal gloeilampen, kwikdamplampen

5.3.6 •

Elektronica

Voldoend aantal elektronische componenten: Si-diode, Ge-diode, LED’s, transistoren

)


6

Evaluatie

Het doel van de evaluatie is na te gaan in welke mate de leerlingen zowel de algemene als de leerplandoelstellingen hebben bereikt. De evaluatievragen moeten daarom in de eerste plaats op die doelstellingen gericht zijn. Dit kan gebeuren door permanente evaluatie en door formatieve en summatieve toetsen.

126 D/2006/0279/049


Bij de evaluatie zal men zorgen voor voldoende afwisseling in vorm (kennis-, inzichts-, en toepassingsvragen). Bij meerkeuzetoetsen kan men een verklaring van het aangeduide antwoord vragen. Aangezien het experiment, werken met grafieken en omgaan met informatie belangrijk zijn, mag dit ook terug te vinden zijn in de evaluatie. Zorg voor de nodige afwisseling in korte en lange vragen en overdrijf niet in rekenvraagstukken, waarvan de oplossing via meerdere stappen bekomen wordt (kettingvragen). Een goede redenering volgend op een foutief cijferresultaat wordt ook nog positief gequoteerd. Met het algemeen gebruik van de computer, is het wat de layout van een proefwerk betreft, nog moeilijk aanvaardbaar, dat het aangeboden wordt onder vorm van een geschreven tekst. Streef eveneens naar een aanvaardbare en evenwichtige normering van de vragen. Werken met een vooraf opgesteld correctiemodel zal de objectiviteit en de betrouwbaarheid van de verbetering zeker in de hand werken. Bij de formatieve toetsing kan je afvragen of een cijfer altijd moet. Bij meerkeuzevragen, waar- of valsvragen, korte antwoordvragen, vragen omtrent grafieken en vectorconstructies kan de leerkracht heel snel een visueel beeld opnemen van de mate waarin zijn klas een bepaalde opgave correct heeft beantwoord. Via zogenaamde “onmiddellijke diagnose en feedback” kan de leerkracht snel detecteren of zijn doelen bereikt zijn. Deze methode is zeker interessant waar misconcepten om de hoek loeren. Via onmiddellijke feedback kan zo heel wat onheil voorkomen worden. Daarnaast hebben we nog het evalueren van practica. Leraren discussiëren dikwijls over objectieve cijfergeving bij het practicum. Het beoordelen van een verslag of de organisatie van een practicumproefwerk onder “haalbare” en “controleerbare” omstandigheden en het direct en per leerling observeren van handelingen vormen daarbij vaste onderwerpen. Een van de centrale doelen van het fysicaonderwijs is de zelfactiviteit of het zo zelfstandig mogelijk leren “leren” van de leerling bevorderen. Bij zelfstandigheid hoort dan ook jezelf kunnen beoordelen. De leraar moet de leerling in staat stellen zichzelf te beoordelen. Dat kan door de leerlingen proeven te laten uitvoeren en per proef aan te geven waarop de leerlingen moeten letten. Door per practicum het zwaartepunt te leggen bij één of twee vaardigheden (bv. werken met beduidende cijfers, tekenen van grafieken, afleiden van een nieuw begrip) kan men deze van de andere vaardigheden of doelen loskoppelen en leert de leerling deze te onderscheiden. Door te werken in groepjes van twee of drie leert de leerling ook zijn eigen kennen en kunnen met die van anderen te vergelijken en zo de medeleerlingen en zichzelf beter beoordelen. Daarnaast is het oordeel van de leraar onmisbaar. De leraar stelt de norm. Hoe kan je leerlingenproeven bij de uitvoering beoordelen? Met weglating van de nuances kan je spreken over formeel en informeel beoordelen. Formele beoordeling geschiedt na het uitvoeren van de proef en aan de hand van het verslag volgens vaste regels (correctiemodel) voor de inhoud en het resultaat van de proef, de score van de leerlingenantwoorden en de interpretatie van de resultaten (grafieken, besluiten). De informele beoordeling geschiedt tijdens het uitvoeren van de proef en is weinig gereglementeerd of vooraf vastgelegd. De vormingsdoelen (attitudes) en handelingsvaardigheden laten zich moeilijk via een formele procedure beoordelen. Veel leraren zouden het echter onjuist vinden indien het creatief zoeken naar een oplossing bij een proef, het zelfstandig uitvoeren, de inzet, het enthousiasme en het doorzettingsvermogen, de aandacht voor veiligheid en de zin voor nauwkeurigheid van leerlingen bij het uitvoeren van proeven niet meer zouden meetellen. Ze vinden dit belangrijk genoeg en geven er een cijfer aan. Het nadeel hiervan is dat via een informele procedure een cijfer tot stand komt waaraan een formele status wordt toegekend. Een hulpmiddel om de leraar bij het informeel beoordelen een houvast te geven is het opstellen van een criteriumlijst waarin wordt aangegeven welke vaardigheden een rol spelen en hoeveel punten er maximaal worden aan toegekend. De maximale score voor het informeel beoordelen bedraagt dan bijvoorbeeld de helft of een derde van het totaal aantal punten. De rest van de punten (formele beoordeling) staat dan op de beoordeling van het verslag. Een tweede beoordelingsvorm steunt op permanente evaluatie via de uitvoering van de proeven en het verslag (zie hierboven) en een practicumproefwerk (afzonderlijke experimentele opdracht). Aan de practicumtoets moeten op het vlak van de opgave (eenvoudige uitwerking) en het gebruikte materiaal bijzondere eisen worden gesteld. Het is bijvoorbeeld niet altijd mogelijk een gemaakte opstelling te controleren en bij te sturen. De opdrachten en metingen moeten zo worden geformuleerd dat uit de schriftelijke antwoorden blijkt of aan de opdracht is voldaan. De leraar moet in het geval van een proefwerk hints voorzien om vastgelopen leerlingengroepjes verder op weg te helpen. 3de graad tso Techniek-wetenschappen TV Toegepaste fysica

127 D/2006/0279/049

Een vroeger uitgevoerde proef als proefwerk laten overdoen is te mijden. Het reproduceren van verworven kennis op het vlak van proeven laat onvoldoende toe te toetsen in welke mate een leerling de aangeleerde cognitieve en praktische vaardigheden via het practicum werkelijk bezit. De hierboven beschreven werkwijzen zijn niet meer dan een aanzet. Ze zijn bedoeld om de leraar bij te brengen dat “verantwoord beoordelen” van leerlingenproeven zeker niet het synoniem is van “formeel beoordelen”. Het moet hem ook informeren over de problemen die een evaluatie van practica kan meebrengen en hoe men ze best enigszins kan voorkomen. Het moet duidelijk zijn dat de leraar de pedagogische vrijheid bezit om andere (te verantwoorden) evaluatiemethodes te hanteren op basis van de doelen die men met leerlingenproeven wenst te bereiken Het overwegen waard is hierbij de zogenaamde zelfevaluatie. Die kan er bv. in bestaan dat leerlingen zichzelf een waardering toekennen voor een beperkt aantal heel specifieke vaardigheden en attitudes, die bv. worden aangeboden onder de vorm van een aantal aan te kruisen rubrieken, die in de loop van het jaar al naargelang van de onderwerpen kunnen variëren. Deze zelfevaluatie hoeft niet te worden opgenomen in het rapport. Leerlingen blijken dit niettemin zeer ernstig op te nemen. Het zelf herkennen en erkennen van hun eigen sterke en minder sterke punten kan hierbij aanleiding geven tot een betere leer-, experimenteer- en onderzoekshouding.

7

Bibliografie

7.1

Schoolboeken

•

Leraarshandleiding Werkgroep fysica 3, Van In, Lier, 1996, ISBN 90-306-2465-5.

•

De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen. Bij handboeken die in principe voor het aso bedoeld zijn, is er soms een cd-rom en een gebruikerswebsite beschikbaar. Ook hier kunnen interessante tips gevonden worden, die mits enige aanpassing bruikbaar zijn.

7.2

Uitgaven van Pedagogisch-didactische centra

•

Actieplan Natuurwetenschappen, VVKSO, Brussel, maart 1993.

•

Didactische infrastructuur voor het onderwijs in de natuurwetenschappen, VVKSO, Brussel, mei 1993.

•

Didactisch materiaal voor het onderwijs in de Natuurwetenschappen, VVKSO, Brussel, maart 1996.

•

Natuurwetenschappen en ethiek. Dossiers voor de klaspraktijk. VVKSO, Brussel, 1997.

•

Syllabi Navorming VVKSO, Integratie van de computer in de klas.

•

Centrum voor didactische vernieuwing (CDV), Pius X-instituut, VIIde Olympiadelaan 25, Antwerpen.

•

Centrum Nascholing Onderwijs (CNO), Universiteit Antwerpen, Campus Drie Eiken, Universiteitsplein 1, 2610 Wilrijk.

•

Eekhoutcentrum, Didactisch Pedagogisch Centrum, Universitaire Campus, 8500 Kortrijk.

•

DINAC, Bonifantenstraat 1, 3500 Hasselt.

•

PEDIC, Coupure Rechts 314, 9000 Gent.

•

Vliebergh-Sencieleergangen: Fysica, Naamsestraat 61, 3000 Leuven.

128 D/2006/0279/049


7.3

Tijdschriften

Onder andere •

Exactueel, Tijdschrift voor Natuurkundeonderwijs, Afdeling Didactiek Natuurkunde KUN, Toernooiveld 1, 6525 ED Nijmegem.

•

Archimedes, Stichting Christiaan Huygens, Molenstraat 3&, 4841 CA Prinsenbeek.

•

Eos Magazine, Wetenschap en Technologie voor Mens en Maatschappij, Kleindokkaai 3-5, 9000 Gent.

•

NVOX, Tijdschrift voor Natuurwetenschappen op school, Westerse Drift, 77, 9752 LC Haren.

•

VELEWE, Tijdschrift van de vereniging van leraars in de wetenschappen, Molenveldwijk 30, 3271 Zichem.

7.4

Naslagwerken

•

INAV, Informatie Natuurwetenschappen Vlaanderen, Uitgeverij Plantijn, Antwerpen.

•

Wetenschappelijk Vademecum, Uitgeverij Pelckmans, Kapellen.

•

Cahiers voor didactiek, Tijd voor Fysicavraagstukken, Wolters/Plantyn, 1999.

•

Werken met grootheden en Wettelijke Eenheden, A. Angenon, die Keure, 1999.

•

“De energiebronnen en kernenergie”- Vergelijkende analyse en ethische reflecties, Christian Hoenraet (red.), Acco, 1999.

7.5

Internetsites

Bij het zoeken naar contextrijke en technische toepassingen kan de leerkracht het Internet raadplegen. Daarnaast hebben een aantal didactische centra hun eigen website, waar interessante links, datums van bijscholingen, nuttige adressen, ... te vinden zijn. Via de websites en de nieuwsbrieven van de vakbegeleiding fysica van de verschillende diocesen is er tenslotte ook heel wat vakgebonden informatie te vinden.


129 D/2006/0279/049

TECHNIEK-WETENSCHAPPEN DERDE GRAAD TSO

Recommend Documents