Werken aan de onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad aso

Werken aan de onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad aso Marie-Josée Janssens 19 november 2011

© Marie-Josée Janssens Alle rechten voorbehouden http://www.chem.kuleuven.be/aloch

1 De SETOC – algemeen kader 1.1 WAT VERSTAAT MEN ONDER ONDERZOEKSCOMPETENTIE? Letterlijk betekent onderzoekscompetentie de competentie om te onderzoeken. Een competentie is een combinatie van kennis, vaardigheden en attitudes waarmee een persoon op een correcte wijze handelt in een bepaalde situatie. Een competentie veronderstelt altijd een combinatie van denken en doen: het is een doordacht handelen. Dat doordacht handelen engageert de hele persoon en houdt bijgevolg ook persoonskenmerken en attitudes in. Onderzoeken betekent het uitvoeren van een aantal handelingen waarbij men gegevens verzamelt om tot de oplossing van een bepaald probleem te komen. Onderzoekscompetent is men dus indien men over de nodige kennis, vaardigheden en attitudes beschikt om de handelingen voor een onderzoek uit te voeren.

1.2 EINDTERMEN EN ONDERZOEKSCOMPETENTIE

Overzicht van de eindtermen - figuur gemaakt door Marijke Covens

1.3 WERKEN AAN DE EINDTERMEN IN VERBAND MET ONDERZOEK A Waar werken aan de onderzoekscompetentie voor Wetenschappen? Door de aard van de vakken in de pool wetenschappen zitten het onderzoekend leren en het leren onderzoeken in de gemeenschappelijke eindtermen wetenschappen, dus ook in de

De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

2

leerplannen van de basisvorming. Het werken aan de onderzoekscompetentie is aldus aanwezig in de leerplannen biologie, chemie en fysica van de basisvorming. Het werken aan de specifieke eindtermen onderzoekscompetentie gebeurt uitgebreider in de studierichtingen van de pool wetenschappen, in de tweede graad voor de vakken, biologie, chemie en fysica, in de derde graad voor de vakken aardrijkskunde, biologie, chemie en fysica.

B Wanneer werken aan de onderzoekscompetentie? Het is evident dat de school aan de onderzoekscompetentie voldoende aandacht besteedt in de vaklessen. Er hoeven geen extra lesuren uitgetrokken te worden bovenop het pakket dat voor de pool voorzien is. Om zowel de taakbelasting van de leraar als de studiebelasting van de leerling te bewaken worden het aantal opdrachten buiten de lesuren zoveel mogelijk beperkt. Sommige scholen kiezen ervoor aan de onderzoekscompetentie te werken in het kader van de Vrije ruimte. Dit biedt ontegensprekelijk extra tijdruimte en kansen op verdiepend werken. Behalve dat er een andere invulling aan de Vrije ruimte wordt gegeven dan oorspronkelijk bedoeld – werken aan vernieuwende projecten - kan deze optie inherent een aantal problemen geven. Vooreerst is de Vrije ruimte dan niet langer ‘vrij’, maar wordt ze voorwerp van controle bij schooldoorlichting. Verder moeten in dat geval alle leerlingen van eenzelfde pool kiezen voor een onderzoeksproject binnen hun pool. Ze kunnen dan niet langer vrij kiezen voor een project in een ander domein. Zo behaalt bijvoorbeeld een leerling uit Wetenschappen-wiskunde die een seminarie economie volgt, daarmee niet de eindtermen onderzoekscompetentie voor zijn studierichting.

C Praktisch werken aan de onderzoekscompetentie In de VVKSO-mededeling van 26 juni 2008 lezen we: “Toch is het niet uit te sluiten dat de vakken van een pool, los van elkaar aan hun doelen werken (zie ook de voetnoot i.v.m. natuurwetenschappelijke vakken onder 3.3). De aard (inhouden, te oefenen vaardigheden, …) van de vakken laat niet altijd even vlot vakoverschrijdend werken toe. Dan kan de school ervoor kiezen om bijvoorbeeld voor de pool moderne talen in de poolvakken afzonderlijk maar complementair aan de opbouw van de onderzoekscompetentie te werken. Ook daar zijn afspraken nodig.” Zowel bij vak- als bij pooloverstijgend werk moet telkens de gelijkwaardige uitwerking worden gewaarborgd. In de leerplannen chemie VVKSO worden de practica aangegeven als dé plaats waar kan worden gewerkt aan het realiseren van de onderzoekscompetentie. Vermoedelijk is dit ook het eenvoudigst wat praktisch haalbare organisatie betreft maar andere opties zijn zeker toegelaten.

D Hoe werken aan de onderzoekscompetentie? Hoe men concreet werkt aan de onderzoekscompetentie is de vrijheid van de leraar. Alleszins met haalbare opdrachten zowel voor de leraar als voor de leerling. Eenvoudige minionderzoekjes volstaan, op het niveau van de leerling. Al de onderzoeksopdrachten gebeuren bij voorkeur tijdens de lessen op school met de infrastructuur van de school. Een extra bezoek en contacten met een onderzoekslabo kan daarbij zeer waardevol zijn maar is geen vereiste. Ook bij ICT-opdrachten en actieve werkvormen (BZL) kunnen open onderzoeksopdrachten aan bod komen. De onderzoekscompetentie koppelen aan een uitgebreid eindwerk hoeft evenmin. In geen geval wordt de vorming van ‘toekomstige wetenschappelijke onderzoekers’ beoogd. Belangrijk is een geleidelijke groei te waarborgen: van klein naar groot, van gesloten naar open opdrachten, van begeleid naar zelfstandig, van 1 naar enkele lesuren … Dit betekent een


3

groei vanaf de tweede graad via kleine mini-probleempjes, onder begeleiding, aan de hand van een gesloten instructie, met het accent op ‘onderzoekend leren’ en op ‘verwondering wekken’, als een introductie tot leren onderzoeken. Voorbeelden: - Twee flesjes: een met kraantjeswater, een met gedestilleerd water, beide met ogenschijnlijk zuiver water. Welk flesje bevat zuiver water? - Kennismaking met alcoholen ROH. Hoe aantonen of OH al dan niet dezelfde groep is als in NaOH? Naar het einde van de derde graad vindt een evolutie plaats naar een open opdrachtje met beperkte inhoud, met het accent op meer zelfstandig onderzoek. Voorbeelden: - Mengsel van 3 stoffen uit een verzameling van 10. Welke stoffen bevat het mengsel? - Koperkleurige draad: is die van kopermetaal? Het leren onderzoeken gaat gepaard met onderzoekend leren en mondt uit in een zelfstandig onderzoekje. Leerlingen leren een onderzoeksvraag stellen, een eenvoudig onderzoek opzetten, uitvoeren en daarover rapporteren en reflecteren. Duidelijk is dat hierbij de natuurwetenschappelijk onderzoeksmethode wordt gehanteerd: vanuit een hypothese of (onderzoeks)vraag gegevens verzamelen (metingen doen, experimenteren, waarnemen), de bekomen resultaten ordenen en een verband zoeken ter staving van de hypothese of om de onderzoeksvraag te beantwoorden, conclusie trekken, rapporteren en eventueel bijsturen of overgaan naar een daaruit vloeiende vraag. Kortweg spreekt men van de OVUR-methode: oriënteren, voorbereiden, uitvoeren, reflecteren.

2 Aanbreng van de OC in de tweede graad

2.1 STAPSTENEN ‘LEREN ONDERZOEKEN’ Bij aanvang een overzicht / opfrissing geven van het verloop van een onderzoek. Vanaf 2012 hebben de leerlingen hiermee reeds kennis gemaakt in de eerste graad NW. Nadien wordt daar waar mogelijk de onderzoeksmethode geëxpliciteerd in demo-experimenten en worden in verschillende practica enkele deelcompetenties ingeoefend. Belangrijk hierbij is telkens de onderzoeksstappen te situeren in de gekozen onderzoeksmethode.

2.2 OVERZICHT VAN DE DEELCOMPETENTIES – MOGELIJKE LEERLIJN Deelcompetenties zijn:  Stellen van een onderzoeksvraag

      

Formuleren van een hypothese (indien van toepassing) Voorbereiden = vooronderzoek Verwerven van onderzoeksgegevens via experiment: waarneming, meting, enquête, simulatie ... Verwerken van bekomen gegevens in een tekst, tabel, grafiek, schets, film, foto … Resultaten interpreteren = formuleren van conclusie = beantwoorden van onderzoeksvraag Evalueren en reflecteren Rapporteren

De recht gedrukte onderdelen hiervan komen in nagenoeg elk klassiek practicum voor. In de ontwikkeling van de onderzoekscompetentie zullen ook de schuin gedrukte speciale aandacht krijgen.


4

Deelcompetentie

Derde jaar (D/P)

Vierde jaar (D/P)

Onderzoeksstappen van een integraal onderzoekje

Begeleid practicum stofeigenschappen Demo- en practicum Wet van Lavoisier

Begeleid practicum krijt

Onderzoeksvraag

Bij elke demoproef, in elk practicum, al dan niet door leerlingen (zie verder).

Bij elke demoproef, in elk practicum, al dan niet door leerlingen. Inoefenen bij ‘Groene lipstift’

Hypothese formuleren

Daar waar zinvol bij een demoproef of in een practicum.

Inoefenen bij practicum ‘Geleidbaarheid’

In onderwijsleergesprek (OLG) in verband met een demoproef Als werkwijze van een practicum is gegeven, de benodigdheden laten invullen

Inoefenen bij onderzoeksopdracht ‘Base of alcohol?’

Integreren in practica (1, 2, 3, 5, 6)

Integreren in practica (4, 7, 8)

Integreren in demo en/of practica (1, 2, 3)

Integreren in demo en/of practica (4, 5, 6, 7)

Voorbereiden * onderzoeksvoorstel * benodigdheden Experiment technieken 1 Filtreren 2 Extraheren 3 Chromatografie 4 Elektrische geleiding 5 Temperatuurmeting 6 Massameting 7 pH-meting (papier) 8 Polariteit (elektrostatica) 9 Opvangen van gassen 10 ........ Identificatiereacties 1 Zuurstofgas 2 Waterstofgas 3 Dichloor 4 Koolstofdioxide 5 Zuur-base-indicatoren 6 Water 7 Neerslagen 8 Vlamkleuren 9 .........


5

Waarnemingen weergeven / Gegevens verwerken 1 tekst 2 tabel 3 grafiek 4 schets 5 film of foto 6 .........

Meetresultaten interpreteren vanuit 1 tabelgegevens 2 grafische voorstellingen

Beantwoorden van de onderzoeksvraag Algemene experimentele vaardigheden 1 Markeren materiaal 2 Slechts 1 parameter wijzigen 3 Blanco benutten 4 Referentie benutten 5 Onderscheid waarneming / conclusie 6 ........

Inoefenen bij ‘Waarnemingen E. Claeys’ Integreren in demo en/of practica

Inoefenen bij practicum ‘Geleidbaarheid’



Ook in toetsvragen

Ook in toetsvragen

Na elk experiment

Na elk experiment

Daar waar zinvol integreren in demo en/of practica Ook in toetsvragen

Daar waar practica

zinvol

integreren

in

demo

en/of

‘5’ Inoefenen bij ‘Waarnemingen E. Claeys’ Ook in toetsvragen

Rapporteren * Noteren van alle gegevens: materiaal, concentratie, opstelling, waarneming, conclusie

Onder sterke begeleiding inoefenen bij practica.

Onder sterke begeleiding inoefenen bij practica, na verloop van tijd onderdelen zelfstandig laten invullen

Reflecteren over uitvoering Reflecteren over resultaat

Kritische houding inoefenen na elk experiment.

Kritische houding inoefenen na elk experiment, na verloop van tijd door de leerling


6

3 De leerling op weg naar de onderzoekscompetentie Onderzoeken betekent handelingen uitvoeren die leiden tot een antwoord op een onderzoeksvraag. Onderzoekscompetent ben je indien je over voldoende kennis, vaardigheden en attitudes beschikt om een bepaald probleem te onderzoeken, om het antwoord te zoeken en te kunnen geven op een onderzoeksvraag in verband met een bepaald onderwerp. Elk onderzoek gebeurt in verschillende fasen. Binnen een onderwerp wordt eerst een onderzoeksvraag en/of hypothese geformuleerd, dan volgt de voorbereiding van het onderzoek waarbij wordt nagegaan welke gegevens ontbreken om de vraag te beantwoorden, daarna via een gekozen techniek die ontbrekende gegevens verzameld, uiteindelijk het antwoord gegeven op de onderzoeksvraag en over het onderzoek gerapporteerd en gereflecteerd.

De natuurwetenschappelijke onderzoeksmethode sluit hier direct op aan. Typisch voor de natuurwetenschappen is dat de resultaten worden vergaard door experimenteel werk.

3.1 ZO VERLOOPT EEN ONDERZOEK - ALGEMEEN WERKMODEL Een volledig onderzoek verloopt in verschillende stappen, die onder meer worden samengevat in het werkmodel OVUR: oriënteren, voorbereiden, uitvoeren en rapporteren/reflecteren. Oriënteren

1 Kiezen van het onderwerp, verkennen van het onderzoeksprobleem 2 Formuleren van de onderzoeksvraag 3 Eventueel een hypothese formuleren

Voorbereiden

1 2 3 4 5

Uitvoeren

1 Verwerven van informatie: verzamelen van gegevens, waarnemingen, meetresultaten 2 Verwerken van informatie: gegevens ordenen en kritisch interpreteren 3 Formuleren van besluit en eventuele verklaring 4 Beantwoorden van de onderzoeksvraag

Rapporteren/

1 Overdragen van informatie = schrijven van verslag en/of gegevens presenteren. 2 Evaluatie van het onderzoeksresultaat = confrontatie met ander onderzoek. 3 Evaluatie van het onderzoeksproces = evaluatie van de uitvoering, eventueel bijsturen van het onderzoek, aanvullende onderzoeksvragen.

Reflecteren

Nodige informatie verzamelen Experiment selecteren Onderzoeksvoorstel formuleren Voorstel werkwijze uitschrijven Benodigdheden verzamelen


7

3.2 VOORBEELD OVUR: KUNSTSTOFAFVAL SCHEIDEN Dit onderzoekspracticum beschreven door Frans Killian in NVOX januari 2011 (zie kopie op cd-rom) en gebaseerd op publicaties in Journal of Chemical Education past mooi in het hoofdstuk ‘Eigenschappen van zuivere stoffen’ en ‘Zuivere stoffen afzonderen uit mengsels.’

A Onderzoeksvraag Bij het inzamelen van glas wordt gevraagd om wit en gekleurd glas in een verschillende container te verzamelen en aldus selecteren. Het is immers moeilijk om deze galssoorten industrieel te scheiden. Plastiekafval mag wel worden gemengd in de PMDzak. Blijkbaar is een scheiding van de verschillende soorten veel eenvoudiger. Hoe kunnen op een eenvoudige manier de kunststoffen PE, PVC, PP en PS worden gescheiden om opnieuw te worden gebruikt? Vooraleer de scheiding van kunststofafval op industriële schaal plaatsvindt wordt het afval gewassen en versnipperd. Wij onderzoeken een versnipperd mengsel. Informatie over dit mengsel is weergegeven in onderstaande tabel. Kunststof

Naam

Massadichtheid

PE

polyetheen

0,94 g/cm³

PVC

polyvinylchloride

1,30 g/cm³

PP

polypropeen

0,90 g/cm³

PS

polystyreen

1,04 g/cm³

Kleur

Hypothese Als we het mengsel in een vloeistof brengen dan zal de kunststof met een massadichtheid < dan de massadichtheid van de vloeistof telkens gaan drijven, de andere kunststoffen gaan zinken.

B Voorbereiding Onderzoeksvoorstel We brengen het mengsel in water: een deel zal drijven (PE en PP) en een ander gedeelte zal zinken (PVC en PS). Dan scheppen we het gedeelte dat drijft af en brengen het in een vloeistof met massadichtheid < massadichtheid van water en geschikt om PE en PP te scheiden. Het gezonken gedeelte brengen we in een vloeistof met massadichtheid > massadichtheid van water. Voor de doorgedreven scheiding moeten we eerst vloeistoffen met geschikte massadichtheid zoeken. Nieuwe vraag of deelvraag: Welke vloeistoffen bezitten een geschikte massadichtheid? Olie? Alcohol? Zoutwater? Suikerwater? Grenadine? Benodigdheden Bekerglazen 600 ml Brandspiritus, keukenzout, water Roerstaafje Stukjes plastiek van verschillende soort: PE, PP, PS, PVC en liefst van verschillende kleur. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

8

C Uitvoeren Werkwijze en waarnemingen We voegen aan het kunststofmengsel kraantjeswater toe en nemen waar dat de gele en witte stukjes plastiek drijven, de groene en de zwarte stukjes zinken. We scheppen de drijvende kunststoffen af en brengen die over in een tweede beker. We houden het water en de gezonken snippers in de beker.

We voegen zout toe aan het water om de massadichtheid van de vloeistof te verhogen en aldus de stukjes PS tot drijven te brengen. PS blijkt de zwarte deeltjes te zijn.

Aan de tweede beker voegen we wat water toe en nadien brandspiritus om aldus de stukjes PE tot zinken te brengen. PE blijken de gele deeltjes te zijn.

Schematisch overzicht

Beantwoorden van de onderzoeksvraag PVC (hier groen), PS (hier zwart), PP (hier melkachtig wit), PE (hier geel) kunnen worden gescheiden op basis van hun massadichtheid: zie schematisch overzicht.


9

D Reflecteren Bij de uitvoering van de proef Er dient te worden geroerd om de plastieksnippers te scheiden. Zoniet zal de scheiding onvolledig gebeuren omdat sommige zwaardere deeltjes kunnen gevangen zitten tussen de lichtere. Olie is ook lichter dan water. Olie komt theoretisch in aanmerking om de drijvende bestanddelen va n elkaar te scheiden. Olie maakt echter de snippers vettig. Na scheiding moeten de snippers dan worden gewassen. Daarom is brandspiritus beter. De vloeistoffen kunnen telkens terug worden herbruikt. We verzamelen ze in daartoe bestemde flessen. Aanvullend onderzoek Is deze methode ook bruikbaar om een onbekend plastiek te identificeren? Beschrijf hoe je te werk zou gaan. Lukt deze methode ook om mengsels van meer plastieksoorten te scheiden? Hoe moeten we dan te werk gaan?


10

3.3 SETOC-STAPPEN IN HET DERDE JAAR: PRACTICA EN DEMO 3.3.1 Onderzoekspracticum: scheidingstechnieken School Straat Plaats

Naam ………………… Klas ………………… Datum …………………

ONDERZOEKSPRACTICUM SCHEIDINGSTECHNIEKEN Attitudes Veiligheid

Orde en materiaalbak

Labojas dicht ? Haren in orde ?

Glaswerk gereinigd?

Boekentas achteraan ? R/S zinnen uitgeschreven ?

Bak volledig met materiaal op juiste plaats ? Bak op juiste plaats in de kast ?

Veiligheidsbril ?

Afval juist verwijderd ?

(bij bunsenbrander)

Werkwijze

Gedrag

Efficiënt verzamelen van benodigdheden ? Gebruik van juiste hoeveelheden ?

Veiligheid medeleerlingen?

Lezen en opvolgen van beschreven werkwijze ? Inzicht in doelstellingen van practicum ?

Overbodig praten en rondlopen ?

Vlotte samenwerking?

Jas netjes terug in kast ?

Chromatografie van viltstiften

ORIENTEREN Onderzoeksvraag Zijn de kleurstoffen in viltstiften zuivere stoffen of mengsels van verschillende kleurstoffen? Geeft eenzelfde kleur van verschillende merken dezelfde kleurensamenstelling? VOORBEREIDEN A - Informatie verzamelen Wat is een zuivere stof? Wat is een mengsel? Van welke kleuren hebben we verschillende merken beschikbaar? B – Benodigdheden schaar, koffiefilterzakje, 4 wateroplosbare viltstiften (rood, zwart, groen en 1 kleur naar keuze), beker 250 ml of hoge bokaal, kraantjeswater, horlogeglas of bokaaldeksel


11

C – Werkwijze -

Doe in de beker of bokaal een beetje water (0,5 cm)

-

Snijd uit de filterzak 4 reepjes van ongeveer 1 cm breedte en nummer deze bovenaan.

-

Breng op 1 cm van de onderzijde één kleurenstip aan per reep

-

Hang vervolgens de strookjes papier in de beker, ervoor zorgend dat de stip zich steeds boven de loopvloeistof (= water) bevindt.

-

Plooi daarvoor het bovenste deel om de rand van de beker. De repen mogen nergens de bekerwand noch elkaar raken.

-

Dek de beker af.

-

Laat de vloeistof opstijgen, tot ze juist onder de rand van de bokaal is. Haal de strookjes eruit en laat drogen.

UITVOEREN Waarnemingen 

Kleef 2 van de vier strookjes op de achterkant van dit blad en nummer ze. leerling waarmee je samenwerkt kleeft de andere 2 strookjes op.



Geef een duidelijk overzicht van je waarnemingen. Vul hiertoe onderstaande tabel in. kleur van viltstift

De

kleur van de vlek(ken)

1 2 3 4 REFLECTEREN 

Vermeld de kleur van de viltstift(en) waarvan de kleur opgebouwd is uit een zuivere stof in een overzichtstabel voor verschillende merken van stiften (Laat leerlingen eerst zelf iets proberen en kies dan de meest overzichtelijke, bv het volgend voorbeeld)

Stiftkleur Bruin

Merk Onbekend 1 Onbekend 2

Grijs

Staedler Carioca

Zwart

Staedler Stabilo Onbekend 1


12



Welke kleurstof uit het mengsel is het best oplosbaar en wordt het minst geadsorbeerd? (Bv. omcirkelen in bovenstaande tabel)



Een vlek veroorzaakt door een viltstift op een kledingstuk wordt gedept met een doekje gedrenkt in water, aceton of methanol. Na drogen zie je een kring in het kledingstuk. Schrijf hiervoor een verklaring.

Extractie en filtratie van koffie

ORIENTEREN Onderzoeksvraag Welke invloed heeft de temperatuur van het water op de extractie van koffie? Wordt even sterke koffie bekomen uitgaande van dezelfde massahoeveelheid gemalen koffie en bonen koffie indien men telkens evenveel water van dezelfde temperatuur gebruikt? VOORBEREIDEN Benodigdheden beker 250 ml, beker 100 ml, erlenmeyer, trechter, roerstaafje, filtreerpapiertje, lepeltje, Groep 1 gemalen koffie koud water

Groep 2 gemalen koffie heet water

Groep 3 4 koffiebonen koud water

Groep 4 4 koffiebonen heet water

Werkwijze -

Breng in de beker 20 ml water

-

Voeg de koffie toe en laat 5 minuten trekken

-

Maak ondertussen de opstelling voor de filtratie klaar

-

Filtreer het mengsel in de erlenmeyer

-

Noteer de waarneming voor elk filtraat


13

UITVOEREN Waarnemingen Overzichtelijk weergeven in tabel hieronder Groep 1

Groep 2

Groep 3

Groep 4

REFLECTEREN

1 Is de koffie volledig opgelost? Motiveer je antwoord.

2 Bij het koffie- en theezetten thuis combineren we twee scheidingstechnieken. Welke?

3 Waarom gebruik je warm water bij het zetten van koffie?

4 Waarom gebruik je gemalen koffie?

5 Welke fysische eigenschap speelt een rol bij het extraheren van stoffen?

6 Welke 2 factoren spelen een rol bij het extraheren van koffie in water?

7 Bij bepaalde koffiezetapparaten kan je de snelheid waarmee het water toedruppelt

regelen. Lust je graag sterke koffie, dan regel je de watertoevoer dusdanig dat het water traag toedruppelt. Ben je haastig dan laat je het water vlugger doorstromen: de koffie is dan minder geconcentreerd. Schrijf een verklaring voor dit fenomeen.

8 De Belg Wim Verstraeten won met zijn teamgenoot Bertrand Piccard de eerste transatlantische ballonrace. Die tocht duurde 122 uren. Uiteraard moest de inwendige mens regelmatig gesterkt worden. Er werd o.a. koffie gezet. Verklaar volgende uitspraak van het winnend team: «We zetten ook koffie, maar omdat water op 3400 m hoogte al bij 60°C kookt, was de kwaliteit niet zo best.»


14

3.3.2 Wet van Lavoisier – integraal onderzoek Onderzoeksvraag 1: Verandert de totale massa aan stoffen tijdens een chemische reactie? Eventuele hypothesen: De massa neemt af – massa neemt toe – massa blijft ongewijzigd. Voorbereiden 1 Wat hebben we nodig om de massa te bepalen? Hoe zouden we kunnen nagaan wat er gebeurt met de massa aan stoffen tijdens een chemische reactie? Uitvoeren 1 Proef 1: Verbranding van staalwol

Waarneming: de balans helt door aan de rechterkant. Reflecteren 1 Conclusie: Tijdens deze chemische reactie neemt de massa toe. Nieuwe vraag: Gebeurt dit ook als we bijvoorbeeld paraffine verbranden? Onderzoeksvraag 2 Voorbereiden 2 Uitvoeren 2 Proef 2: Verbranding van paraffine Op beide schalen een theelichtje plaatsen – eventueel in evenwicht brengen met tarra – het kaarsje in de linkerschaal ontsteken – na een tijdje helt de balans door aan de rechterkant. Alternatief: Theelichtje op balans plaatsen – massa bepalen – theelichtje laten branden – na 10 minuten opnieuw de massa noteren. Massa neemt af. Opm.: het is goed beide varianten uit te voeren opdat de leerlingen niet zouden denken dat het resultaat afhankelijk is van de gebruikte balans. Reflecteren 2 Conclusie: Tijdens een chemische reactie neemt de massa af. Nieuwe vraag: De resultaten van proef 1 en proef 2 schijnen elkaar tegen te spreken. Wat bij een andere reactie dan een verbranding? Onderzoeksvraag 3 Voorbereiden 3 Uitvoeren 3 Proef 3: Reactie tussen een overmaat zuur en een base gekleurd met fenolftaleïne. Of tussen een zeepoplossing en kalkwater Er treedt een chemische reactie op (mengsel wordt kleurloos/neerslagvorming). De totale massa blijft ongewijzigd. Reflecteren 3 Conclusie: Tijdens deze chemische reactie blijft de massa dezelfde. Nieuwe vraag: Is dit verschillend resultaat te wijten aan het ontstaan van gassen? De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

15

Onderzoeksvraag 4 Voorbereiden 4 Uitvoeren 4 Proef 4: Reactie met gasontwikkeling: bakpoeder en huishoudazijn Om het effect van de wet van Archimedes niet te laten opmerken best een balans tot op 1 g nauwkeurig gebruiken.

bakpoeder

azijn

Reflecteren 4 Conclusie: Ook tijdens deze chemische reactie blijft de massa dezelfde. Verdere discussie/eventueel verder onderzoek: Wat met de massa als we een kaarsje laten branden in een afgesloten ruimte? Hoe de vaststellingen van proef 1 te verklaren? (reactie met zuurstofgas uit de lucht waarbij zuurstof wordt gebonden aan het ijzer om een samengestelde stof (oxide) te vormen.) Eindconclusie: De wet van Lavoisier Omdat bij een chemische reactie bestaande atoomstructuren worden afgebroken tot op de atoom en deze atomen in andere combinaties weer samenkomen en aldus andere stoffen vormen, geldt volgens Lavoisier dat de totale massa van alle stoffen voor de reactie gelijk is aan de totale massa van alle stoffen na de reactie. Aanvullende reflectie: wat leren we hier algemeen uit wat betreft experimenteel onderzoek? - Niet te vlug conclusies trekken. Indien bijvoorbeeld enkel reacties zoals reactie 2 worden uitgevoerd komt men tot foutieve conclusies. - Een waarneming moet breed geldig zijn alvorens we van een wetmatigheid kunnen spreken.


16

3.3.3 Zure hosties - voorbereiden ONDERZOEKSVRAAG Zure hosties, ook wel ouwels of vliegende schotels genoemd zijn snoepjes bestaande uit twee gekleurde “hosties” met daartussen een mengsel dat wanneer het in contact komt met het speeksel in de mond voor een sprankelend, verfrissend en zuur effect zorgt. Is het verfrissend effect van de zure hostie te wijten aan een endotherme reactie tussen bestanddelen van het snoepje? VOORBEREIDEN Hypothese Principe waarop mijn idee steunt Voorstel werkwijze

Benodigdheden

Werkwijze 

Open 5 hosties en breng de inhoud ervan in een bekerglas van 100 ml.



Meet de temperatuur t = ……… °C



Voeg ongeveer 2 ml water toe en noteer de temperatuursverandering t = ……… °C

Benodigdheden Zure hosties – bekerglas 100 ml (2) - thermometer UITVOEREN Noteer je waarneming

REFLECTEREN Formuleer een conclusie in verband met het verfrissend effect van zure hosties. Beantwoordt het gevonden resultaat aan de hypothese? Indien niet: hoe stuur je de hypothese bij? Wat liep goed wat betreft de uitvoering? Waar zou je de uitvoering kunnen verbeteren?

Alternatief 1: Enkel de werkwijze geven. De leerlingen vullen op basis daarvan de benodigdheden in, ze voeren het experiment uit en formuleren een bijbehorende onderzoeksvraag en/of hypothese. Alternatief 2: Deze reactie is niets anders dan de reactie tussen bakpoeder en citroenzuur en kan eventueel ook - al dan niet aanvullend - worden geïllustreerd met bakpoeder en citroenzuur uit de voorraadbokaal. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

17

3.3.4 Periodiciteit binnen PSE – grafisch verwerken van gegevens Doelstelling: gegevens opsporen, verwerken, grafieken interpreteren

verzamelen

in

overzichtelijke

tabel,

grafisch

Onderzoeksvraag Hoe veranderen smelttemperatuur, aantal elektronen in de buitenste schil, de atoomstraal voor de eerste 18 elementen van het periodiek systeem. Voorbereiding Welke gegevensbronnen zijn beschikbaar? Welke kiezen we? Uitvoering Z

symbool

e1-

ts

ao

1 2

4000 Ts

0,2

3000

0,15

2000 0,1 a

1000

0,05

0

0

-1000 1

3

5

7

9

Ts

1

3

5

7

11 13 15 17

9 11 13 15 17 Z

10 8 6 e

4 2 0 1

3

5

7

9

11 13 15 17

Conclusies


18

3.4 SETOC-STAPPEN IN HET VIERDE JAAR: PRACTICA EN DEMO 3.4.1 Zuur/base-indicatoren - vaardigheden Onderzoeksvraag Welke kleur vertonen indicatoren in een zure oplossing, in een basische oplossing? Voorbereiden Aan gescheiden fracties van een zure oplossing de verschillende indicatoren toevoegen. Idem voor een basische oplossing. Uitvoeren Breng in 2 putjes van een nunclonschaaltje telkens een kleine hoeveelheid waterstofchloride. Voeg aan in elk putje 1 à 2 druppels van telkens een andere indicator toe. Noteer de waargenomen kleur in onderstaande tabel. Herhaal voor de andere oplossingen. Waarneming Waterige oplossing van

Fenolftaleïne

Methyloranje

Waterstofchloride formule = ……….. Azijn Natriumhydroxide formule = ……….. Kaliumhydroxide formule = ……….. Rapporteren en reflecteren Alle zuren kleuren dezelfde zuur-base-indicator hetzelfde. Alle hydroxiden kleuren dezelfde zuur-base-indicator eveneens hetzelfde maar duidelijk anders dan de zuren. Voor de concrete kleuren: zie overzichtstabel. Welk voordeel heeft het gebruik van de tabel? Overzichtelijkere weergave dan alles in woorden opschrijven. Minder plaats nodig om waarnemingen te noteren. Systematisch: vergelijkbaar met het uitzicht van het nunclonschaaltje. Systematisch: onmiddellijk duidelijk welke proef al is uitgevoerd en welke nog niet. Hoe zouden we best te werk gaan om vergissingen te vermijden? Opdat we goed zouden onthouden welke stof in welk schaaltje zit kunnen we de schaaltjes markeren. Eventueel kunnen we de schaaltjes op een wit blad papier zetten en ernaast noteren wat in elk putje aanwezig is. Een wit blad papier geeft bovendien een goed contrast om de kleuren waar te nemen.


19

3.4.2 Zure snoepjes Onderzoeksvraag Snoepjes smaken zuur. Reageren ze chemisch als een zuur? Voorbereiden Onderzoeksvoorstel - hypothese Het zuurkarakter van een oplossing kan worden vastgesteld met een indicator. Een voorbeeld van een indicator is fenolftaleïne die in basisch midden fuchsia kleurt en in zuur midden kleurloos is. Nemen we een roosgekleurde fenolftaleïne-oplossing en leggen we daar een snoepje in dan moet de oplossing ontkleuren indien de zure smaak komt van een chemisch zuur. Benodigdheden - bekertje 100 ml, 2 petrischalen - kraantjeswater, fenolftaleïne-oplossing, NaOH-opl. 0,1 mol/liter - een snoepje Uitvoeren Werkwijze - Breng 80 ml water gieten in het bekertje, voeg enkele druppels indicatoroplossing toe en verder 1 of enkele druppels NaOH-oplossing tot een duidelijk roze kleur wordt verkregen. - Verdeel de oplossing over de 2 petrischalen. - Een snoepje in een petrischaal leggen, de andere schaal houden als getuige. Waarneming:

Ontkleuring van fenolftaleïne door citroenzuur

Rapporteren - reflecteren De fenolftaleïneoplossing ontkleurt. Dit duidt op de aanwezigheid van zuren in het snoepje. Fruitzuren en toegevoegde zuren veroorzaken een kleuromslag van de indicator. Bron Gebaseerd op: Experimente mit Gummibärchen, Justus-Lipsius-Universität, Giessen

Tips voor verder onderzoek - Sommige snoepjes hebben een zuur laagje. Reageren snoepjes zonder zuurlaagje ook als een zuur? - Laat een geel/rood/rood snoepje leggen in de indicatoroplossing broomthymolblauw/ lakmoes/ methyloranje die geel/rood/rood kleurt in zuur midden. Trek als begeleider het resultaat in twijfel door de geelkleuring/roodkleuring/roodkleuring te wijten aan het oplossen van kleurstof uit het snoepje. Laat de leerling een voorstel bedenken om ondubbelzinnig te bewijzen dat de geelkleuring/roodkleuring/roodkleuring inderdaad van het zuur komt. (Antw.: de proef opnieuw doen met snoepje van dezelfde kleur en een fenolftaleïneoplossing of met een anders gekleurd snoepje en dezelfde indicatoroplossing. Indien gelijktijdig en een andere kleur en een andere indicator worden gebruikt veranderen er twee parameters en is de conclusie onzeker.) De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

20

3.4.3 Verbindingsklassen: mini-onderzoekje A Is de OH-groep in het alcohol CH3CH2OH een base? Bedenk en ontwerp een persoonlijk proefje waarmee jij dit zou onderzoeken. Hypothese Principe waarop mijn idee steunt Voorstel werkwijze Benodigdheden Uitvoering Besluit

B Is ethaanzuur CH3COOH een zuur? Bedenk en ontwerp een persoonlijk proefje waarmee jij dit zou onderzoeken. Hypothese Principe waarop mijn idee steunt Voorstel werkwijze Benodigdheden Uitvoering Besluit

C Verandert de pH van citroensap als je suiker toevoegt? Hypothese Principe waarop mijn idee steunt Voorstel werkwijze Benodigdheden Uitvoering Besluit


21

3.4.4 Groene lipstick - onderzoeksvragen leren stellen A Algemene mogelijkheden voor het leren stellen van onderzoeksvragen 1 Vanuit de didactiek van een demo-experiment. Experiment uitvoeren vanuit een onderzoeksvraag, zowel bij een axiomatisch-verifiërende proef als bij een empirisch opbouwend experiment. 2 Boven elk practicum de onderzoeksvraag formuleren * als voorbeeld aanreiken en expliciet benadrukken * na uitvoering van een practicum door de leerlingen de onderzoeksvraag laten formuleren. 3 Als oefening bijvoorbeeld in de tweede graad: leerlingen in groepjes onderzoeksvragen laten bedenken rond aangereikte knipsels uit een ingrediëntenlijst (zure hosties, bevatten bakpoeder en wijnsteenzuur), verpakking (antimosproduct), reclamefolder (kalkmeststof), leestekst (SCN- in speeksel) … In een tweede ronde laten nadenken over de onderzoekbaarheid van de onderzoeksvraag.

KALKMESTSTOF De enorme hoeveelheid regen in het najaar heeft uw grond ontegensprekelijk erg verzuurd. Daarom is een kalkbemesting dit vroege voorjaar zeker noodzakelijk in zowel uw sier- en groentetuin als uw gazon! 4 Filmpje tonen of ppt met foto’s van enkele stappen van een concreet onderzoek en leerlingen de vraag laten formuleren waarop het weergegeven onderzoek een antwoord geeft.

B Groene lipstick Vaststelling: Groene lipstick kleurt de lippen rood. Onderzoeksvragen * Heeft die rode kleur te maken met de rode kleur van de lippen? Indien dit zo is dan ontstaat geen rode kleur op bijvoorbeeld hand of arm. We testen even. * Gebeurt de kleurverandering enkel met huideiwitten? Indien dit zo is, dan moet de kleur op papier (cellulose) groen blijven. We testen even. * Heeft de kleurverandering te maken met een bepaalde (lichaams)temperatuur? Vermoedelijk niet want het geteste papier bezit de kamertemperatuur, lager dan de lichaamstemperatuur. We leggen een wit blad papier in de diepvriezer en voeren nadien de test uit. * Treedt de kleurverandering ook op bij gebruik van anorganisch materiaal? We testen dit even uit op glas, op email, op metaal ... * Treedt de kleurverandering ook op bij gebruik van kunststoffen? We testen dit even uit op polyethyleen, polypropeen ...


22

* Treedt de kleurverandering ook op indien een dikke laag wordt aangebracht? We testen dit even uit. * Is het lipstickmateriaal oplosbaar in polaire water? * Is het lipstickmateriaal oplosbaar in apolaire pentaan? * Is het lipstickmateriaal oplosbaar in licht polaire ethanol? * Is het lipstickmateriaal oplosbaar in minder polaire hexanol? * Is het lipstickmateriaal oplosbaar in aceton? * Is het lipstickmateriaal oplosbaar in zeepwater? Waarnemingen

Na enkele minuten

Na enkele uren

Na enkele uren

* Is het lipstickmateriaal oplosbaar in olie/vet? * Heeft de kleurverandering te maken met polariteit van de ondergrond? We testen dit uit op PVC.


23

3.4.5 Elektrische geleidbaarheid – Formuleren van een hypothese Een hypothese is een onderstelling, een beredeneerd gokje, een onderzoekbaar ‘als ... dan ...’ Afhankelijk van de aard van het onderzoek kan er al dan niet een hypothese worden voorgesteld. Zo zal bij een gehaltebepaling (bijvoorbeeld van vitamine C in spinazie) een hypothese zelden zinvol zijn.

A Voorbeeld 1 – illustratie - Bevat een appel water? Als een appel water bevat dan kleurt een blauw kobaltchloridepapiertje in contact met die appel roos. - Is het water uit deze beek zuur? Als het beekwater zuur is dan zal de pH < 7, en een zuur-base-indicator de zure kleur aannemen.

B Voorbeeld 2 - evalueer Onderzoeksvraag: - Wat gebeurt er chemisch gezien wanneer we een lucifer tegen het strijkvlak van een luciferdoosje strijkt? - Uit welke materialen bestaan het kopje van de lucifer en het strijkvlak hoofdzakelijk? Hypothese: We vermoeden dat we in het strijkvlak fosfor zullen aantreffen en op het kopje zwavel.


24

C Voorbeeld 3 - practicum ‘Elektrische geleiding’ (4 aso) School Straat nr Plaats

Naam ………………… Klas ………………… Datum ………………… ONDERZOEKSPRACTICUM

Attitudes Veiligheid

Orde en materiaalbak

Werkwijze

Gedrag

Labojas dicht? Haren in orde?

Glaswerk gereinigd?

Efficiënt verzamelen van benodigdheden?

Veiligheid medeleerlingen?

Boekentas achteraan?

Gebruik van juiste hoeveelheden?

Vlotte samenwerking?

R/S zinnen uitgeschreven?

Bak volledig met materiaal op juiste plaats? Bak op juiste plaats in de kast?

Overbodig praten en rondlopen?

Veiligheidsbril?

Afval juist verwijderd?

Lezen en opvolgen van beschreven werkwijze? Inzicht in doelstellingen van practicum?

(bij bunsenbrander)

Jas netjes terug in kast?

Bedoeling van dit onderzoekspracticum: A Onderwerp: elektrische geleidbaarheid van stoffen. B Formuleren van hypothesen. C Overzichtelijk weergeven van gegevens. D Verbanden leggen tussen een waarneming en de aard van de chemische binding. ORIENTEREN Onderzoeksvragen Welke stoffen geleiden de elektrische stroom? Welk verband is er tussen de aard van de chemische binding in de stof en de geleiding van elektrische stroom? VOORBEREIDEN Wat weet ik al? Wat is elektrische stroom? Onder welke 2 voorwaarden ontstaat elektrische stroom? Wat wil ik te weten komen?

Onderzoeksvoorstel Hoe zouden we kunnen aantonen of een stof de elektrische stroom geleidt?


25

Benodigdheden Je hebt de volgende stoffen tot je beschikking: gedestilleerd water ijzeren spijker natriumchloride (keukenzout) pentaan suiker HCl-oplossing NaOH-oplossing zwavelpoeder koolstofstaafjes (van potlood) Materiaal: metaalelektroden draden (rood voor positief, blauw voor negatief) spanningsbron (batterij) een (LED)lampje dat in serie is geschakeld met de batterij en de rest van je opstelling kleine recipiënten Werkwijze -

-

Bouw de stroomkring zoals afgebeeld hiernaast Controleer of het lampje brandt bij het sluiten van de kring door de elektroden even kort tegen elkaar te houden. Kijk eventueel na of de polen niet werden omgewisseld. Onderzoek het elektrisch geleidingsvermogen door de stof in contact te brengen met de beide elektroden Reinig de elektroden na onderzoek van elke individuele stof met gedestilleerd water en droog af met een zuivere doek

UITVOEREN Proef 1: Gedestilleerd water Gedestilleerd water is een zuivere stof/ mengsel Het is een moleculaire stof/ zout/ metaal Hypothese: ik verwacht dat gedestilleerd water de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………………………………………………………………………............................................... ........................................................................................................................... .. Check je hypothese op de volgende manier: Vul je petrischaaltje of bekerglas met een laagje gedestilleerd water. Steek de elektroden in het water, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 2: Ijzer IJzer is een zuivere stof/mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal/ niet-metaal Hypothese: ik verwacht dat ijzer de stroom wel/ niet geleidt omdat ……………………………… …………………………………………………………………………………………............................................... ........................................................................................................................... De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

26

Check je hypothese op de volgende manier: Let op dat je met je handen niet de spijker of de elektroden aanraakt. Maak contact tussen de elektroden en de spijker (zorg dat ze wel de spijker maar niet elkaar raken). Klopt je hypothese? ......... Proef 3: Natriumchloride (vast) Vast natriumchloride is een zuivere stof/ mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal Hypothese: ik verwacht dat het vaste natriumchloride de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………………………………………………………………………............................................... ........…………………………………………………………………………………………....................................... Check je hypothese op de volgende manier: Doe twee schepjes zout op een petrischaaltje zodat er een hoopje in het midden van het schaaltje ligt. Steek de elektroden in het hoopje zout, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? ......... Proef 4: Natriumchloride-oplossing Een oplossing van natriumchloride is een zuivere stof/ mengsel Hypothese: ik verwacht dat een oplossing van natriumchloride de stroom wel/ niet geleidt omdat ……………………………………………………………………………………………………………………… ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Gebruik het petrischaaltje met zout uit de vorige proef. Spuit hierop voorzichtig wat gedemineraliseerd water totdat het zout is opgelost. Steek de elektroden in het de oplossing, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? ......... Proef 5 (gedachtenexperiment): Natriumchloride (vloeibaar) Vloeibaar natriumchloride is een zuivere stof/ mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal Hypothese: ik verwacht dat het vloeibare natriumchloride de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………………………………………………………………………………………………..……………. …………………………………………………………………………………………............................................... ........................................................................................................................... Zoek het smeltpunt van natriumchloride op. Het smeltpunt is ........K (Kelvin). De officiële eenheid van temperatuur is de Kelvin (symbool = K). Een temperatuur van 0 K is het absolute nulpunt. Dat is de laagste temperatuur, die we kunnen bereiken. Het absolute nulpunt betekent dat bij deze temperatuur de moleculen/atomen helemaal stilstaan. Zet deze waarde om in graden Celsius: het smeltpunt van natriumchloride is .........C Waarom zullen we deze proef niet zelf uitvoeren? ........................................................................................................................... Proef 6 (demo-experiment): Natriumhydroxide (vloeibaar) Vloeibaar natriumhydroxide is een zuivere stof/ mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal Hypothese: ik verwacht dat het vloeibare natriumhydroxide de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………………………………………………………………………………………………..……………. …………………………………………………………………………………………............................................... ...........................................................................................................................


27

Check je hypothese op de volgende manier: Breng in een bekerglas enkele korrels natriumhydroxide. Verwarm even tot de stof smelt. Steek de elektroden in de vloeistof, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 7: Pentaan Paraffine olie is een zuivere stof/ mengsel Het is een samengestelde stof/ zout/ metaal Hypothese: ik verwacht dat pentaan de stroom wel/ niet geleidt omdat ………………………;; …………………………………………………………………………………………............................................... ........................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Vul je petrischaaltje of bekerglas met een laagje pentaan. Steek de elektroden in de vloeistof, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 8: Kristalsuiker (vast) Vast kristalsuiker is een zuivere stof/ mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal Hypothese: ik verwacht dat het vaste kristalsuiker de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………………………………………………………………………............................................... ........................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Doe twee schepjes suiker op een petrischaaltje zodat er een hoopje in het midden van het schaaltje ligt. Steek de elektroden in het hoopje, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 9: Kristalsuikeroplossing = suikerwater Een oplossing van kristalsuiker is een zuivere stof/ mengsel Hypothese: ik verwacht dat een oplossing van kristalsuiker de stroom wel/ niet geleidt omdat ………………………………..…………………………………………………………………………………………………. ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Gebruik het petrischaaltje met suiker uit de vorige proef. Spuit hierop voorzichtig wat gedestilleerd water op totdat het zout is opgelost. Steek de elektroden in het de oplossing, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 10: HCl-oplossing HCl-oplossing is een zuivere stof/ mengsel Hypothese: ik verwacht dat de oplossing de stroom wel/ niet geleidt omdat ………………….. …………………………………………………………………………………………............................................... ....................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Vul je petrischaaltje of bekerglas met een laagje HCl-oplossing. Steek de elektroden in de oplossing, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........


28

Proef 11: NaOH-oplossing NaOH-oplossing is een zuivere stof/ mengsel Hypothese: ik verwacht dat de oplossing de stroom wel/ niet geleidt omdat ………………… …………………………………………………………………………………………............................................... ....................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Vul je petrischaaltje of bekerglas met een laagje NaOH-oplossing. Steek de elektroden in de oplossing, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 12: Zwavelpoeder Zwavelpoeder is een zuivere stof/ mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal/ niet-metaal Hypothese: ik verwacht dat zwavel de stroom wel/ niet geleidt omdat ………………………….. …………………………………………………………………………………………............................................... ....................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Maak contact tussen de elektroden en de zwavel (zorg dat ze wel de zwavel maar niet elkaar raken). Klopt je hypothese? .........

Proef 13: Koolstof Koolstof is een zuivere stof/ mengsel Het is een enkelvoudige stof/ zout/ metaal/ niet-metaal Hypothese: ik verwacht dat koolstof de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………. …………………………………………………………………………………………............................................... ....................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Maak contact tussen de elektroden en de koolstofstaafjes (zorg dat ze wel de koolstofstaafjes maar niet elkaar raken). Klopt je hypothese? .........

Proef 14: NaCl in pentaan Hypothese: ik verwacht dat het mengsel de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………. …………………………………………………………………………………………............................................... ....................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Steek de elektroden in het mengsel, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........

Proef 15: Suiker in pentaan Hypothese: ik verwacht dat het mengsel de stroom wel/ niet geleidt omdat …………………………. …………………………………………………………………………………………............................................... ....................................................................................................................... Check je hypothese op de volgende manier: Check je hypothese op de volgende manier: Steek de elektroden in het mengsel, zorg dat ze elkaar niet raken. Klopt je hypothese? .........


29

Plaats de waarnemingen in een overzichtelijke tabel. Geleiden WEL de elektrische stroom

Geleiden NIET de elektrische stroom

RAPPORTEREN - REFLECTEREN Conclusie vraag 1: zie bovenstaande tabel Kloppen je waarnemingen met die van mijn medeleerlingen? Zijn je waarnemingen correct? Indien alles OK: proficiat. Indien een fout: hoe verklaar je die fout? Wat liep er mis? Hoe denk je dat in de toekomst te voorkomen? Waar ga je de volgende keer op letten? Welke problemen heb je ervaren tijdens de uitvoering van het experiment? Hoe heb je die opgelost? Conclusie vraag 2 We schikken de vaststellingen in onderstaande tabel. We kleuren de stoffen die de elektrische stroom geleiden in het groen. Zuivere stoffen Enkelvoudige stof Samengestelde stof M NM IVB. AVB

Mengsels In water In pentaan IVB AVB IVB AVB

M=metaal, NM = niet-metaal, IVB = ionverbinding, AVB = atoomverbinding Verklaring


30

Even nadenken Waarom is het gevaarlijk met natte handen aan elektriciteit te werken? ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Verwacht je op grond van wat je tot nu toe hebt geleerd dat koolstofpoeder de stroom geleidt? ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Beschrijf hoe jij zou onderzoeken of koolstofstaafjes ook bruikbaar zijn als elektroden? ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Als je een verdunning of oplossing moet maken gebruik je altijd gedestilleerd water! Waarom? .......................................................................................................................... ...........................................................................................................................


31

3.5 ONDERSCHEID WAARNEMING / BESLUIT INOEFENEN Waarnemen vereist aandacht van alle zintuigen. Een waarneming weergeven vereist een exact taalgebruik en een duidelijke beschrijving als door een radioreporter. Een afwezige lezer moet zich de waarneming immers heel concreet en precies kunnen voorstellen. Oefenen in het noteren van waarnemingen en leren formuleren van besluiten kan via onderstaande voorbeelden, verzameld door Emile Claeys. Waarneming

Besluit

We zien een heldere, kleurloze Alle stoffen zijn opgelost en oplossing. houden/maken de oplossing kleurloos.

We zien een heldere, blauwe Alle stoffen zijn opgelost en geven aan oplossing. de oplossing een blauwe kleur.

Er is een neerslag gevormd. We zien een wit, troebel mengsel. Er is een witte, slecht oplosbare stof We zien een witte neerslag. gevormd.

We zien een blauw, troebel Er is een neerslag gevormd. mengsel. Er is een blauwe, slecht oplosbare stof We zien een blauwe neerslag. gevormd.

We zien gasontwikkeling. Er worden gasbelletjes gevormd. Er grijpt een reactie Er wordt een kleurloos gas gasontwikkeling. gevormd.


plaats

met

32

Oplossing fenolftaleïne-ind.

Er is condensatie tegen de wand.

Er komt een stof (bv. water) vrij tijdens de proef.

De oplossing blijft kleurloos

De oplossing is zuur.

De oplossing wordt paars

De oplossing is basisch.

+

Blauw Oplossing + lakmoes- rood. papiertje Blauw blauw.

Voel aan reageerbuis

lakmoespapiertje lakmoespapiertje

kleurt blijft

De oplossing is zuur. De oplossing is basisch of neutraal.

De oplossing wordt warmer. De temperatuur van de oplossing Er treedt een exotherme reactie op. de stijgt. De oplossing wordt kouder. De temperatuur van de oplossing Er treedt een endotherme reactie op. daalt.

We zien bruine dampen boven een Dit is kenmerkend voor dibroom. donkerbruine vloeistof.

Bij lichtjes verwarmen van de schilfertjes zien we paarse Dit is kenmerkend voor dijood. dampen ontstaan.

De twee vloeistoflagen lossen niet (of slechts gedeeltelijk) in elkaar op. De Na het schudden ontstaan terug bovenste vloeistoflaag heeft een twee vloeistoflagen. kleinere (massa)dichtheid dan de onderste.


33

3.6 INTEGRAAL ONDERZOEK: SCHOOLKRIJT, CARBONAAT OF SULFAAT? A Oriënteren Achtergrondinformatie Wanneer er wordt opgezocht in leerboeken uit wat schoolkrijt bestaat, zeggen sommige bronnen dat het uit calciumcarbonaat (CaCO3) bestaat en andere bronnen dat het uit calciumsulfaat (CaSO4) bestaat. Zie bv. ‘Chemie Plus 4’ p. 48 waar wordt vermeld dat de delfstof krijt is samengesteld uit calciumcarbonaat en als schoolkrijt kan worden toegepast. Ook CaSO4 (gips) kan worden gebruikt om te schrijven. Onderzoeksvraag Welke bronnen hebben het nu bij het rechte eind? Bestaat schoolkrijt nu uit calciumcarbonaat of calciumsulfaat of bestaan beide soorten naast elkaar? Hoe kunnen we dit onderzoeken?

B Voorbereiden Onderzoeksvoorstel – hypothese – Voorstel werkwijze Hoe kunnen we nagaan of er al dan niet carbonaat/sulfaat in schoolkrijt aanwezig is? Carbonaten stellen onder inwerking van zuren CO2 vrij, sulfaten niet. CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + CO2↑ + H2O

Delhaize (SES)

Colruyt (Chalk)

Benodigdheden - Verschillende soorten schoolkrijtjes (verschillende merken en verschillende soorten gekleurd krijt), HCl-oplossing 2 mol/l of HCl-handelsoplossing 4 tot 5 keer verdund of huishoudazijn - Labomateriaal: proefbuizen (evenveel als het aantal gebruikte krijtjes), proefbuisrek, pasteurpipet, mes Voorstel werkwijze - Snijd of breek ongeveer 0,5 cm af van het schoolkrijtje. - Breng dit in een proefbuis. - Voeg ongeveer 4 ml van de zure oplossing toe m.b.v. een pasteurpipet. - Observeer of er gasvorming optreedt. - Herhaal de vorige stappen voor de andere schoolkrijtjes.

C Uitvoeren Gegevens verzamelen - waarneming


34

Waarneming Schoolkrijt 1 Colruyt wit Chalk 2 Colruyt gekleurd Chalk 3 Delhaize wit SES-antidust 4 Delhaize gekleurd SES-antidust 5 KUL wit Merk Calico 6 KUL gekleurd Bl, Ge, Gr, Ro

Handels HCl-opl. ± 2 mol/l

Huishoudazijn

Zeer weinig gasontwikkeling




Zeer veel schuim tot proefbuis Zeer veel schuim tot proefbuis

Zeer veel schuim tot proefbuis Zeer veel schuim tot proefbuis

gasontwikkeling, bovenaan de gasontwikkeling, bovenaan de

gasontwikkeling, bovenaan de gasontwikkeling, bovenaan de

Weinig gasontwikkeling

Weinig gasontwikkeling

Zeer veel schuim tot proefbuis

Zeer veel schuim tot proefbuis

gasontwikkeling, bovenaan de

gasontwikkeling, bovenaan de

Schoolkrijt met HCl (links) en huishoudazijn (rechts), telkens in volgorde zoals in bovenstaande tabel (links Colruyt wit, rechts KUL gekleurd)

D Rapporteren – reflecteren Conclusie Het krijt van Delhaize en het gekleurd krijt van de KUL (merk ‘Robercolor = Omya color’)vertonen een zeer hevige gasontwikkeling en schuimvorming. Er kan dus besloten worden dat deze krijtsoorten vooral zijn samengesteld uit calciumcarbonaat, terwijl de andere krijtsoorten vooral zijn samengesteld uit calciumsulfaat. De zeer lichte gasontwikkeling die waar te nemen is bij het sulfaatkrijt is vermoedelijk te wijten aan de lucht die nog ontsnapt uit de holle ruimten van het krijt. (Bij toevoeging van water in de plaats van zuur ontsnappen immers eveneens luchtbelletjes.) Nieuwe onderzoeksvragen - Is het gas dat ontstaat bij de krijtjes bestaande uit calciumcarbonaat werkelijk koolstofdioxidegas? - Op welke manier kan men de sulfaatgroep van krijtjes bestaande uit calciumsulfaat identificeren? (Op basis van neerslagreactie) Laat de leerlingen hiervan een integraal verslag uitschrijven waarin voorkomen: probleemschets, onderzoeksvraag, hypothese, onderzoeksvoorstel, benodigdheden, gevolgde werkwijze, waarnemingen, conclusie, reflectie over de uitvoering, over het bekomen resultaat (vinden medeleerlingen hetzelfde?), extra onderzoek. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

35

4 Evalueren van de onderzoekscompetentie Het evaluatiebeleid behoort volledig tot de autonomie van de school. De school/vakgroep legt vooraf vast op welke wijze het werken aan onderzoeksopdrachten geëvalueerd zal worden. Dit kan zowel in een klassiek examen als aansluitend bij het uitgevoerde onderzoek of practicum. Opgemerkt wordt dat de evaluatie zich vooral moet toespitsen op het verwerven van de onderzoekscompetentie, eerder dan op de inhoudelijke versterking van de vakkennis.

4.1 MOGELIJKHEDEN VOOR EVALUATIE BIJ EEN KLASSIEK EXAMEN • Een onderzoekbare onderzoeksvraag formuleren. • Een onderzoeksaanpak voorstellen. • Een waarneming vanuit beeldmateriaal omschrijven. • Gegeven waarnemingen geordend weergeven. • Gegeven waarnemingen interpreteren: een besluit trekken waarnemingen. • Onderzoek evalueren op basis van een beschrijving van de uitvoering.

uit

gegeven

4.2 MOGELIJKHEDEN VOOR EVALUATIE BIJ EEN ONDERZOEK • De formulering van een onderzoekbare onderzoeksvraag. • Het voorstellen van een onderzoeksaanpak. • De voorbereiding van een experiment (informatie, ontwerp, verzamelen benodigdheden, …). • De uitvoering van een experiment (waarneming, rapportering gegevens, …). • De interpretatie van de waarnemingen, het trekken van het besluit. • De persoonlijke evaluatie van het uitgevoerde onderzoek.

4.3 VOORBEELDEN VOOR EEN KLASSIEK EXAMEN Hieronder volgen enkele voorbeelden om de onderzoekscompetentie te toetsen in een klassiek examen.

A Voorbeeld 1: Scheidingstechnieken Bekijk aandachtig volgende opstellingen.

opstelling 1

opstelling 2

opstelling 3

Vermeld voor elke techniek of deze wel of niet geschikt is om uit troebel zeewater chemisch zuiver water te halen. Schrap wat niet past en motiveer je antwoord. * Opstelling 1 is geschikt/ongeschikt omdat …. * Opstelling 2 is geschikt/ongeschikt omdat …. * Opstelling 3 is geschikt/ongeschikt omdat …. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

36

* Opstelling 1 is geschikt/ongeschikt omdat het water wordt gedestilleerd en opgevangen als destillaat. Het zout en onzuiverheden blijven achter in de kolf. * Opstelling 2 is geschikt/ongeschikt omdat het water wordt afgedampt en niet wordt opgevangen, dus in de lucht terechtkomt. * Opstelling 3 is geschikt/ongeschikt omdat enkel de onoplosbare deeltjes zoals het zand op de filter achterblijven en zowel het opgeloste zout als het water doorheen de filter in het filtraat terechtkomen.

B Voorbeeld 2: Ionenverbindingsreacties De afgebeelde voorraadbokaal bevat een heldere oplossing. Het etiket werd deels beschadigd. Beschrijf bondig een chemisch proefje waarmee je veilig en ondubbelzinnig zou bewijzen of de fles een oplossing natriumchloride of bariumchloride bevat. We brengen enkele ml van de onbekende oplossing in een proefbuis en voegen enkele druppels natriumsulfaatoplossing toe. Ontstaat een witte troebeling, dan is bariumchloride aanwezig. Blijft het mengsel in de proefbuis helder, dan is natriumchloride aanwezig.

C Voorbeeld 3: Onderscheid waarneming en besluit Er wordt elektrische stroom door de oplossing geleid. Onderstreep in de lijst hieronder hetgeen je enkele minuten nadien waarneemt: - Aan de positieve pool ontstaat zuurstofgas - Aan de positieve pool ontstaat waterstofgas - Aan de negatieve pool ontstaat een gas - Aan de negatieve pool ontstaat dubbel zoveel gas dan aan de positieve pool. Jij brengt een smeulend houtspaandertje in contact met het gas aan de positieve pool. Onderstreep in de lijst hieronder de waarneming(en) die je dan doet: - Het smeulend houtspaandertje dooft uit - Het gas gevormd aan de negatieve pool is zuurstofgas - Je hoort een knalletje - Het smeulend houtspaandertje flakkert terug op.

D Voorbeeld 4: Onderzoeksvaardigheden – 1 parameter Het mentosexperiment kan in de plaats van met cola eveneens gebeuren met een mengsel van bakpoeder en citroenzuur. Om te onderzoeken welk mengsel de grootste fontein geeft doet Chris volgende vier experimenten. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

37

Experiment uitgevoerd in PET-fles van 1,5 liter

Resultaat

1

15 g bakpoeder BICAR en 7,5 g citroenzuur

Bruis tot aan flessenhals

2

20 g bakpoeder BICAR en 10 g citroenzuur

Bruist over

3


Spuit hoog

4


Spuit hoog

Uit de vergelijking van welke experimenten mag jij volgende conclusie geldig trekken? * Hoe hoger de hoeveelheid bakpoeder, hoe hoger de fontein. Uit geen enkel experiment. Het is geen geldige conclusie want telkens als de hoeveelheid BICAR verandert, verandert ook de hoeveelheid citroenzuur. * Hoe hoger de hoeveelheid citroenzuur, hoe hoger de fontein. Uit geen enkel experiment. Het is geen geldige conclusie want in experimenten 1, 2 en 3 verandert samen met de hoeveelheid citroenzuur ook de hoeveelheid BICAR. Vergelijken we experiment 3 met experiment 4 dan zien we geen verschil. * De verhouding tussen de hoeveelheid BICAR en de hoeveelheid citroenzuur moet gelijk zijn aan twee. Uit geen enkel experiment. Bij experimenten 1, 2 en 3 is de verhouding telkens gelijk aan twee en zien we toch een verschillende hoogte. Bij experiment 4 is de hoogte dezelfde als deze voor experiment 3 maar de verhouding tussen BICAR en citroenzuur is verschillend. * De hoeveelheden gebruikt in experiment 3 zijn volgens dit onderzoek het meest aan te bevelen. Dit blijkt uit de vergelijking van experiment 3 met experiment 4. Ze geven beide hetzelfde en beste resultaat met dezelfde hoeveelheid BICAR. Bovendien verbruikt experiment 3 de geringste hoeveelheid citroenzuur. Motiveer telkens je antwoord.

E Voorbeeld 5: waarneming

Onderzoeksvaardigheden

–

blanco/referentie

-

De aanwezigheid van sulfiet in filet americain kan worden aangetoond met een malachietgroenoplossing. Malachietgroen blijft groenblauw indien geen sulfiet aanwezig is en kleurt geel indien wel sulfiet aanwezig is. In de praktijkgids leest de laborant volgende richtlijnen in dit verband: Werkwijze: Neem 3 reageerbuizen. Doe in de eerste ongeveer 2 g vlees. Voeg er 5 ml gedemineraliseerd water bij. Voeg er 15 druppels malachietgroenoplossing bij en schud. Pipetteer in de tweede reageerbuis 5 ml gedemineraliseerd water. Voeg er 15 druppels malachietgroenoplossing bij en schud. Pipetteer in de derde reageerbuis 5 ml van een natriumsulfietoplossing. Voeg er 15 druppels malachietgroenoplossing bij en schud. Waarneming: De tweede reageerbuis kleurt groenblauw, de derde kleurt gelig omdat er sulfiet werd toegevoegd en de eerste kleurt gelig omdat in het vlees sulfiet werd gebruikt. 1 Waartoe dient het experiment / de waarneming in proefbuis 2? Het experiment in proefbuis 2 dient als blanco. 2 Waartoe dient het experiment / de waarneming in proefbuis 3? Het experiment in proefbuis 2 dient als referentie om te weten hoe een positief resultaat er uit ziet. 3 De omschrijving van de waarneming kan beter. Herschrijf de waarneming. De inhoud van de tweede reageerbuis kleurt groenblauw, de inhoud van de derde proefbuis kleurt gelig en die van de eerste proefbuis kleurt eveneens gelig. (het omdat gedeelte hoort bij de conclusie) De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad – VeLeWe 2011 – M.-J.Janssens

38

Inhoud 1

2

3

De SETOC – algemeen kader ............................................................................ 2 1.1

Wat verstaat men onder onderzoekscompetentie?......................................... 2

1.2

Eindtermen en onderzoekscompetentie ....................................................... 2

1.3

Werken aan de eindtermen in verband met onderzoek ................................... 2

Aanbreng van de OC in de tweede graad ............................................................ 4 2.1

Stapstenen ‘Leren onderzoeken’ ................................................................. 4

2.2

Overzicht van de deelcompetenties – mogelijke leerlijn.................................. 4

De leerling op weg naar de onderzoekscompetentie ............................................. 7 3.1

Zo verloopt een onderzoek - algemeen werkmodel ........................................ 7

3.2

Voorbeeld OVUR: Kunststofafval scheiden .................................................... 8

3.3

SETOC-stappen in het derde jaar: practica en demo .................................... 11

3.3.1

Onderzoekspracticum: scheidingstechnieken ........................................ 11

3.3.2

Wet van Lavoisier – integraal onderzoek .............................................. 15

3.3.3

Zure hosties - voorbereiden ............................................................... 17

3.3.4

Periodiciteit binnen PSE – grafisch verwerken van gegevens ................... 18

3.4

4

SETOC-stappen in het vierde jaar: practica en demo ................................... 19

3.4.1

Zuur/base-indicatoren - vaardigheden ................................................. 19

3.4.2

Zure snoepjes .................................................................................. 20

3.4.3

Verbindingsklassen: mini-onderzoekje ................................................. 21

3.4.4

Groene lipstick - onderzoeksvragen leren stellen................................... 22

3.4.5

Elektrische geleidbaarheid – Formuleren van een hypothese ................... 24

3.5

Onderscheid waarneming / besluit inoefenen .............................................. 32

3.6

Integraal onderzoek: Schoolkrijt, carbonaat of sulfaat? ................................ 34

Evalueren van de onderzoekscompetentie ........................................................ 36 4.1

Mogelijkheden voor evaluatie bij een klassiek examen ................................. 36

4.2

Mogelijkheden voor evaluatie bij een onderzoek ......................................... 36

4.3

Voorbeelden voor een klassiek examen ..................................................... 36


39

Werken aan de onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad aso

Recommend Documents