Basisvorming
INHOUD NOVEMBER 2004 Vakwerk artikelen
462 464 485 488
Gerard Stout
Natriumazide en pindakaas
Een bespreking van een voor de mens dodelijke verbinding. Arnold Moene en Henk de Bruin
Twinkle, twinkle little star – scintillaties als maat voor verdamping
Een bijdrage uit Wageningen in het kader van het in april 2005 aldaar te houden NVON-congres. Roelof de Nekker
Weg van mieren
Een voorbeeld van waarnemen in het vrije veld. Jan Apotheker
Viervlakkig chemieonderwijs in Groningen
De ervaringen van een netwerk van scholen in Groningen bij het maken en uittesten van een ChiK-module.
Verder in dit nummer:
469 NVON Congrescommissie 2005
459 Elise Boltjes
IMPRoving Education in School Sciences (IMPRESS)
Voorbeeldgestuurde voorbeelden
In aansluiting op het artikel in NVOX nummer 8 bespreekt de auteur een tweetal voorbeelden van voorbeeldgestuurd onderwijs. 479 Theo van Welie
Een mooi plaatje!
NVON, the Dutch Science Teachers Association, together with Wageningen University and Research Centre will host an international teachers conference on April 16, 2005. The teachers associations ASE (UK), MNU (Germany), VeLeWe (Belgium) and UdPPC (France) are co-organisers.
Een aardige opdracht voor lezer en leerlingen. 475 John Bette
Overgevoeligheid
Docenten en TOA’s van het vmbo op bezoek bij DSM in Emmen
Een overzicht van vier typen overgevoeligheidsreacties, uit een lezing op de nascholingsdag Immunologie in Wageningen.
Een verslag van deze door de werkgroep onderbouw van de NVON-Bestuurscommissie Onderwijs georganiseerde dag.
482 Ruud Herold en Lidy Bolsman
Rubrieken
Een dagje op stap met Jet-Net
461 Louis Mathot en Hubert Biezeveld Smaakmakers (2) 468 Paula Petunia Herinneringen 470 Marianne Offereins M. Klompé (1912-1986) 471 Marjan Bruinvels Fysici en poëzie 472 Anneke Thurlings Speelgoed 478 Bert van Schalkwijk Bericht uit Guinee Bissau (2) 487 Harry Jorna Uit de oude doos
480 Redactie NVOX
Een verslag. 486 Anneke Thurlings
World Year of Physics 2005
Hoe gaat het Nederlandse programma eruit zien? 473 Gerard Stout
Traditie is houvast
Dit artikel is het derde van een serie schetsen voor een vernieuwd gedragsrepertoire in de dagelijkse (school)praktijk.
493 493 496 497 499
Algemeen gedeelte 500 504 506 512
Brieven van lezers Vereniging Examens Verslagen Wetenschap
Recensies Media Mededelingen Adresgegevens
De basisvorming is dood, leve de basisvorming. De ‘taakgroep vernieuwing basisvorming’ rapporteerde in juni. In 2007 zullen scholen de 58 kerndoelen van deze commissie Meijerink (inderdaad de vroegere hoofdinspecteur v.o. en één van de ééneiige tweeling) in moeten voeren. Het schijnt dat veel onderwijsmensen denken dat zulke grappen bedacht worden diep verborgen in ministeries, dat er geen echte docenten bij betrokken zijn. De wereld is slecht, maar dit klopt niet. Kijk op de heldere site www.vernieuwingbasisvorming.nl . Tja, het belangrijkste rapport van deze club is te lang en slecht te lezen, bijvoorbeeld: “Deze regeling biedt scholen alle ruimte om aan te sluiten bij ontwikkelingen in de rest van het voortgezet onderwijs en hiervan af te wijken waar dat beter aansluit bij de mogelijkheden van de individuele leerling.” Drie van deze zinnen en een mens wil alleen nog maar fietsen in de storm. Maar er staan ook sympathieke opmerkingen in het stuk, heus: “Nog maar weinig scholen hebben fatsoenlijke werkruimte voor leraren ingericht”. Er komen 58 kerndoelen bestemd voor tweederde van de tijd in de eerste twee leerjaren, geen toetsen en heel veel vrijheid. Van die 58 zijn er 8 in het ‘leergebied’ (nieuwe bezems, nieuwe woorden) ‘Mens en natuur’ (nieuwe bezems, nieuwe woorden). Ik struikelde over twee zinnen: “Welke taak heeft het onderwijs in de ontwikkeling van actief burgerschap en het bevorderen van sociale cohesie en integratie, en hoe kan of moet het onderwijs die taak uitvoeren?” Een eindje verderop staat het antwoord. “Maar het is niet nodig en ook niet gewenst om nieuwe voorschriften te geven voor de uitvoering van die opdracht door die scholen.” Niet nodig? Vreselijk hard nodig! Maar de commissie is natuurlijk bang voor het gekwaak ‘onderwijsvrijheid’. De Tweede Kamer stelde 48 vragen. Geen enkele ging over dit punt. De producten van de commissie Meijerink ademen de geest van: “Sorry, jullie kunnen echt doen wat je wilt, nee, je gaat je gang maar, maar liever een beetje modern, dus zelfstandig en zo, maar je moet het zelf maar zien hoor.” Dat is de geest van de tijd. En het is goed als een commissie van de minister de geest van de tijd volgt. Alles beter dan Netelenbos, bedenkt een mens zich. De consequentie: de nieuwe basisvorming zal voor iedereen onzichtbaar blijven.
Op de achterkant staan de agenda en de rubriek Opsteker
[email protected]
NOVEMBER 2004 |
NVOX
9 | 457
Gerard Stout
Acht jaar en TBS voor pindakaasmoord, dat was het vonnis van het Gerechtshof in Den Bosch. De Heerlense chemicus Bart S. heeft zijn vriendin vermoord door
Noordelijke Hogeschool Leeuwarden
natriumazide en theobromine toe te voegen aan een boterham met pindakaas. Theobromine is een van de bestanddelen van cacao. Deze verbinding komt in chocolade voor. Minder bekend is natriumazide. Deze giftige verbinding heeft een ruime toepassing. In sommige typen airbags levert natriumazide stikstof om de ballon op te blazen. Bij chemische syntheses in de farmaceutische industrie is NaN3 een nuttige hulpstof. In de landbouw is natriumazide gebruikt als vervanger voor broommethaan (methylbromide); een grondontsmettingsmiddel. Chemici en biologen gebruiken het middel om oplossingen bacterievrij te houden. In dit artikel achtergronden en chemie van natriumazide en verwante stoffen.
Natriumazide en pindakaas In moordzaken uit vorige eeuwen was rattenkruid een geliefd middel om echtgenoten om zeep te helpen; in het echt, en later ook veel in detectiveboeken. Ratten kwamen in vorige eeuwen veel voor door de slechte hygiënische omstandigheden en het middel – arseentrioxide – was gemakkelijk verkrijgbaar. As2O3 is dodelijk bij minder dan 14,6 mg/kg voor een mens. (De bepalingsmethode heeft invloed op de waarde van LD50.) Dat betekent minder dan een theelepel gif voor een man van 70 kilogram. Natriumazide is volgens sommige bronnen ongeveer even giftig als natriumcyanide; de grondstof voor blauwzuurgas (HCN). Bij de eerste onderzoeken hield de recherche rekening met cyanidevergiftiging. Met betrekkelijk eenvoudige middelen is vergiftiging door arseen aan te tonen. Een dader is snel gepakt en veroordeeld. Dat geldt niet voor gebruik van natriumazide. Voor een volwassene is inname van een paar gram natriumazide dodelijk. Deze verbinding laat geen sporen na. Na langdurige ondervraging heeft Bart S. zelf de recherche op het spoor gezet van de gifstoffen die hij heeft gebruikt. Voor zijn vriendin kwam de bekentenis te laat.
Bereiding Natriumazide ontstaat als lachgas reageert met natriumamide bij 180 °C. Dat is niet de enige bereidingswijze. Op kleine schaal is verhitting van natriumnitraat en natriumamide ook een geschikte manier. NaNH2 + N2O → NaN3 + H2O Ook: 2NaNH2 + N2O → NaN3 + NaOH + NH3 en 3NaNH2 + NaNO3 → NaN3 + 3NaOH + NH3 De bereiding lijkt wellicht ingewikkeld, maar dat valt mee. Op een Duitse internetsite meldt een deelnemer aan een chemieforum dat hij natriumazide in de garage heeft gemaakt uit grondstoffen die in elke apotheek te koop zijn. Als hij met een hamer op het witte poeder slaat, treedt er een kleine explosie op. Ganz toll!
Airbags Natriumazide vindt op grote schaal de weg naar airbags, die rond 1953 voor het eerst zijn gemaakt. In een airbag bevindt zich veelal een mengsel van natriumazide, kaliumnitraat en siliciumdioxide (zand). Een elektrische ontsteking start in geval een ongeval de chemische reacties. Een airbagtablet voor de bestuurdersplaats bevat ongeveer 50 gram NaN3. 462 |
NVOX
9 | NOVEMBER 2004
De hoeveelheid varieert per auto en met de plaats van de airbag. Bij ondeskundige sloop van auto’s kan NaN3 in het milieu terechtkomen.
Reacties bij gebruik van een airbag 2NaN3 → 2Na + 3N2 (bij 300 °C) 10Na + 2KNO3 → 5Na2O + K2O + N2 K2O + Na2O + SiO2 → K2Na2SiO4 De eerste reactie is voldoende om stikstof te leveren en de airbag op te blazen. De vervolgreacties zijn nodig om het zeer reactieve natrium onschadelijk te maken. Het kaliumnatriumsilicaat is een grondstof voor glasfabricage en een onschuldig wit poeder. Met enig rekenwerk is te vinden dat er ca 180 gram NaN3 nodig is om 100 liter stikstof vrij te maken. Door de hoge temperatuur (1600 K; 1327 °C) van het vrijkomende gas is ongeveer 30 gram NaN3 voldoende. Een airbag levert binnen 60 milliseconden ca 60 liter gas dat met
Arnold Moene en Henk de Bruin
We kennen het verschijnsel allemaal: op een zomerse dag ziet men de lucht boven asfalt trillen. Ook ’s nachts trilt de lucht, wat leidt tot het verschijnsel
Leerstoelgroep Meteorologie en Luchtkwaliteit, Wageningen Universiteit
van het fonkelen van de sterren. Het trillen van de lucht (scintillaties) wordt veroorzaakt door snelle fluctuaties van de brekingsindex voor zichtbaar licht in de atmosfeer. Deze brekingsindexfluctuaties worden veroorzaakt door snelle temperatuurfluctuaties, die in de onderste luchtlaag optreden omdat de stroming in deze laag turbulent is.
Twinkle, twinkle little star
Scintillaties als maat voor verdamping Inleiding Atmosferische scintillaties kunnen het gevolg zijn van temperatuurfluctuaties. Die worden veroorzaakt door de opwarming van het aardoppervlak door de zon (en ‘s nachts door de afkoeling van het aardoppervlak). Deze atmosferische scintillaties vormen een natuurlijke beperking voor de effectieve kwaliteit van astronomische en gewone kijkers. Dit verschijnsel is erg duidelijk als men op een mooie zomerdag objecten wil bekijken met een verrekijker. Het beeld beweegt voortdurend en wordt onscherp. Astronomen ontvluchten deze onscherpte door hun telescopen op hoge bergen te plaatsen of in de ruimte te brengen. Maar ook radiocommunicatie ondervindt hinder van scintillaties. Voor radiogolven met een golflengte van ca. 1 cm wordt de brekingsindex namelijk mede bepaald door de waterdampconcentratie in de lucht. Fluctuaties in deze concentratie worden veroorzaakt door verdamping van vloeibaar water aan het aardoppervlak, boven land voornamelijk gewasverdamping. Ze zijn dus sterk bepaald door het type landgebruik. De intensiteit van atmosferische scintillaties hangt dus nauw samen met het verticale transport van warmte en waterdamp in de luchtlaag vlak boven het aardoppervlak. Voor atmosferisch en hydrologisch onderzoek zijn deze grootheden erg belangrijk. In modellen voor de weersverwachting worden deze stroomdichtheden gemodelleerd. Ze bepalen de verandering van de temperatuur en luchtvochtigheid in de onderste kilometer van de atmosfeer (en daarmee bijvoorbeeld het optreden van wolken). Daarnaast is verdamping een belangrijke term in de waterbalans van bijvoorbeeld waterschappen en stroomgebieden van rivieren, en blijkt dat gewasgroei in hoge mate gerelateerd is aan de gewasverdamping. Recent onderzoek aan Wageningen Universiteit heeft aangetoond dat uit de intensiteit van atmosferische scintillaties, zowel in het zichtbare als in radiogolfgebied, de verticale stroomdichtheid van warmte en waterdamp kan worden bepaald op ruimtelijke schalen van ca. 5 km. In dit artikel bespreken we eerst de natuurkundige achtergrond van de scintillaties. Vervolgens bespreken we de scintillometer: een meetinstrument om de uitwisseling van warmte en waterdamp te meten, gebaseerd op scintillaties. Ten slotte gaan we kort in op deze toepassing van scintillaties, het optische effect dat voor astronomen en anderen zo lastig is.
Scintillaties Een turbulente atmosfeer De atmosfeer nabij het aardoppervlak is turbulent. Dat houdt in dat de eigenschappen van de lucht (zoals temperatuur, vochtigheid en snelheid) van plaats tot plaats, en van moment tot moment sterk variëren. Er zijn twee drijvende krachten die die 464 |
NVOX
9 | NOVEMBER 2004
chaotische beweging op gang houden. Enerzijds is dat de wrijving tussen de bewegende lucht (=wind) en het aardoppervlak. Anderzijds is dat de opwarming van het aardoppervlak door de zon. De lucht aan het oppervlak is warmer dan de lucht op wat grotere hoogte. Die lucht onderin heeft daardoor een lagere dichtheid en zal opstijgen (Archimedeskracht). De turbulente luchtlaag onderin de atmosfeer is dus voor te stellen als een kolkende, borrelende laag waarin bellen met warme lucht chaotisch opstijgen. Bij die verticale bewegingen blijven de eigenschappen van zo’n bel lucht min of meer behouden. Hierdoor transporteert een bel met warme lucht die vanaf het oppervlak opstijgt (en die wordt vervangen door een koude bel die van grotere hoogte komt), netto warmte omhoog. Dit is een typische situatie voor overdag wanneer het oppervlak warmer is dan de atmosfeer erboven. Op dezelfde manier kunnen ook waterdamp en CO2 van en naar het oppervlak worden getransporteerd (zie figuur 1). ‘s Nachts is de lucht nabij het oppervlak juist koud ten opzichte van de lucht erboven: er wordt warmte naar beneden getransporteerd en de temperatuuropbouw werkt de turbulentie juist tegen. Alleen de wrijving blijft beschikbaar als drijvende kracht voor de turbulentie.
Figuur 1. Turbulente uitwisseling van warmte en waterdamp tussen aardoppervlak en atmosfeer: bellen met warme en vochtige lucht worden verwisseld met bellen koele en drogere lucht die van enige hoogte boven het oppervlak afkomstig zijn.
Overdag heeft de laag waarin de atmosfeer turbulent is een dikte van een paar honderd meter (boven zee) tot een paar kilometer (boven warme, droge gebieden). De borrelende luchtbellen worden weliswaar geproduceerd op een schaal van tientallen tot honderden meters, maar ze breken op in steeds kleinere belletjes. Deze cascade gaat door tot op het niveau waar de moleculaire krachten de overhand krijgen (enkele milimeters). Door dit cascadeproces zijn er nabij de grond bellen lucht met afmetingen van millimeters tot meters. Deze hebben allen een verschillende
Roelof de Nekker
Ons staatshoofd zou trots zijn op een volk met zo’n laag ziekteverzuim. Marcherende soldaten en dravende werksters rennen zich binnen enkele
Noordelijke Hogeschool Leeuwarden
weken dood om het voortbestaan van de soort te garanderen. Tijdens dit rennen volgen rode bosmieren een vaste route, het zogenaamde mierenpad. Dit pad vormt een uitdaging voor een spectaculaire gedragsles. Enkele treffende tekeningen maken het geheel compleet.
Weg van mieren Een grote mierenhoop in een bos of op een rustige plek vormt de beste gelegenheid. Geen bos of heide in de buurt? Geen probleem. Organiseer een schoolreis naar een verlaten gebied. Zoek een zonnig stekje op een open plek, en mierennesten zijn zo gevonden. Hoe groter het nest, hoe beter. In grote nesten is veel meer activiteit, en het mierenpad is beter te volgen. Verdeel de klas in drie groepen. Eén drietal per mierenhoop is ideaal. Elk drietal neemt mee: pen en papier, een meetlint, stopwatch en satéprikkers. Waarschuw de leerlingen van tevoren wel voor bijtende mieren en teken. Iedereen draagt een lange broek, en doet de sokken over de broekspijpen. Zo klimmen er geen vreemde beestjes naar binnen. Iedereen klaar? Laten we gaan! Elke groep zoekt rond de mierenhoop het drukste mierenpad. Pas op dat leerlingen niet op de andere wegen gaan staan. Hoewel bij een dode mier er doorgaans tien op de begrafenis komen, blijven ze liever in leven. De kinderen zetten het mierenpad uit met de satéprikkers. Is het pad overal even breed? Teken een plattegrond van de mierenhoop en het mierenpad. Leerlingen geven de breedtes en lengte van het pad aan. Nu is het tijd om iets beter te kijken naar de drukke verkeersstroom. Met het gezicht vlak boven het pad tellen twee leerlingen gedurende één minuut het aantal mieren dat via het pad de hoop verlaat. De derde persoon noteert de bevindingen op de plattegrond. Start de stopwatch opnieuw, en tel de dieren die teruggaan naar het nest. Noteer de bevindingen. Is er numeriek verschil tussen komen en gaan?
Mieren met prooi
Als laatste bekijken de leerlingen wat de mieren gedurende een kwartier meenemen naar het nest. Opnieuw zijn er twee tellers, de ander noteert. Mieren dragen doorgaans takjes en bladeren met zich mee. Voor de larven zeulen de diertjes met rupsen en kevers, soms zelfs met wormen en andere mieren. Elk drietal noteert de waarnemingen nauwkeurig. Leerlingen verwerken de informatie op een werkblad. Ze kleuren de plattegrond in, en geven aan hoeveel mieren kwamen en gingen. Ook schrijven ze op wat de insecten meedroegen naar het nest. Iedereen probeert een mier zo echt mogelijk na te tekenen. Elk heeft nu inzicht in het functioneren van een mierenhoop, x met aan het hoofd: de koningin. Ik bedank Klaas Jans voor zijn treffende tekeningen, en Lianne Botter voor haar enthousiaste en inspirerende inbreng. Het werkblad is te downloaden als supplement van dit artikel bij de inhoudsopgave met internetverwijzingen op de NVOX-site, www.nvon.nl/nvox.
Larve en mier NOVEMBER 2004 |
NVOX
9 | 485
Jan Apotheker
In dit artikel wordt besproken hoe het netwerk van scholen op de Rijksuniversiteit Groningen heeft gefunctioneerd bij het maken van een ChiK-
Rijksuniversiteit Groningen
module. De docenten zijn tevreden over de gevolgde werkwijze, die een goed bruikbare module heeft opgeleverd, met als onderwerp verbrandingen. Voor docenten blijkt er voldoende keuzeruimte te zijn voor een persoonlijke invulling van de module. Ook de leerlingen zijn enthousiast over de gevolgde werkwijze. De eerste resultaten van de proefwerken laten zien, dat de havoleerlingen wat slechter scoren dan de vwo-leerlingen. Het is nu nog niet duidelijk waar dat door veroorzaakt wordt. Het artikel wordt afgesloten met een aantal aanbevelingen.
Viervlakkig chemieonderwijs in Groningen Het afgelopen jaar is in Groningen gewerkt aan een module die past binnen de plannen van de Commissie Van Koten (Driessen, 2003). De plannen zijn ontwikkeld langs de lijnen van ‘Chemie im Kontext’ (ChiK) dat in Duitsland is ontwikkeld (Parchmann, 2004). In het meinummer van NVOX (Apotheker, 2004) heb ik al over de inhoud van de module geschreven. Kort geleden is deze module als gidsmodule gepubliceerd door SLO. In dit artikel gaat het vooral om de evaluatie van de organisatie rondom het werken aan de module. Ook komt de evaluatie van het werken met de module door de verschillende scholen aan de orde. In totaal hebben docenten en TOA’s van zeven verschillende scholen meegewerkt aan het project. Uiteindelijk hebben vier scholen ervoor gekozen om de module ook daadwerkelijk uit te voeren. Twee scholen hebben een deel van de module uitgevoerd. In totaal zijn negen bijeenkomsten met deze groep gepland, telkens op de vrijdagmiddag van 14.00 tot 16.30. De uitvoerende scholen zijn daar steeds bij aanwezig geweest. Ook is in januari een werkbezoek gebracht aan het Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften in Kiel. Tijdens de bijeenkomsten is een schema van werkzaamheden aangehouden: Bijeenkomst 3 oktober
24 oktober 21 november 16 januari 30 januari 20 februari 19 maart 23 april 11 juni
Agenda Introductie ideeën en achtergronden ChiK / keuze van onderwerp module aan de hand van Duitse voorbeelden Bespreking chemische vaardigheden Verzameling van beschikbaar materiaal voor de module Discussie over introductiefase en vervolg Reis naar IPN Kiel Inrichten onderzoeksfase / discussie presentatievormen Discussie over verdere vormgeving, uitwisseling van het materiaal Rapportage aan elkaar over uitvoering Evaluatie project, start eindrapportage
elkaar in de klas. Daardoor ontstaat een beeld van de chemische kennis rondom een context. De docent heeft vervolgens de taak deze kennis in te kaderen in de systematiek van chemische kennis in het algemeen. De leerlingen leren daardoor steeds deelaspecten van bepaalde basiskennis. In ChiK worden zes groepen van basiskennis onderscheiden, waarover de leerlingen hun kennis steeds verdiepen door de bestudering van contexten. In ChiK worden vier fasen onderscheiden (Apotheker, 2004): • de introductiefase, waarin de context wordt geïntroduceerd; • de planningsfase, waarin de leerlingen kiezen welke chemische aspecten ze gaan onderzoeken; • de verwerkingsfase, waarin ze het onderzoek uitvoeren en aan elkaar rapporteren; • de verdiepingsfase; hierin komt de docent aan het woord. Didactisch gezien spelen een aantal aspecten een belangrijke rol. Door de leerlingen zelf te laten kiezen wat ze gaan onderzoeken worden ze meer betrokken bij het onderzoek. Het is hun eigen probleem geworden. Ze moeten niet meer vanwege een boek werken, maar kiezen zelf wat ze willen weten. Daardoor verandert hun leermotivatie. Een ander aspect is dat leerlingen in een andere rol ten opzichte van elkaar komen. Vaak wordt in een klas negatief gereageerd wanneer een leerling op een vraag van een docent kennis naar voren brengt. Bij deze manier van werken wordt dat juist gestimuleerd. Het is wel nodig deze vorm van samenwerkend leren te reguleren en ervoor te zorgen dat de inbreng van de leerlingen gelijkwaardig is. Door het project af te sluiten met een schriftelijke toets blijft de individuele verantwoordelijkheid voor het leerproces overeind, naast de gemeenschappelijke druk om te komen met een kwalitatief voldoende presentatie die een antwoord geeft op de eerder geformuleerde onderzoeksvraag.
Didactische achtergronden Tijdens de eerste bijeenkomst is uitgebreid gesproken over de didactische achtergronden van ChiK. Bij ChiK gaat het erom dat leerlingen via een algemene introductie een beeld krijgen van de chemische vragen die spelen rondom een bepaalde context. De leerlingen bepalen uiteindelijk welke chemische aspecten van een context ze gaan onderzoeken. Vervolgens rapporteren ze aan 488 |
NVOX
9 | NOVEMBER 2004
Keuze onderwerp De groep docenten heeft gekozen voor verbrandingen als context. De maatschappelijke context van verbrandingen betreft vooral problematische branden, zoals bosbranden en de bestrijding van brand. Daarnaast speelt verbranding in het lichaam een rol. Tijdens de discussie over de context zijn verschillende opties
