Intelligente wasmiddelen

1

Intelligente wasmiddelen Module Multipilot Nieuwe Scheikunde – Nieuwe Biologie 5 vwo

Docentenmateriaal

Werkversie 21 november 2009

De module is ontwikkeld door Heleen Driessen, SLO m.m.v. Robin Kamperman, St Canisius Almelo adviezen Agnes Legierse, SLO

NG Module Samenhang Intelligente wasmiddelen

Docentenhandleiding

2

Inhoudsopgave

pagina 2

Korte beschrijving module

pagina 3

Lesplanning en organisatie

pagina 4

Fase 1 Startlessen Doel Voorbereiding Tips voor de begeleiding Voorbeelduitwerkingen Maatwerk

pagina 5

pagina 6 pagina 7 pagina 12

Fase 2 Productieanalyse Doel Voorbereiding Tips voor de begeleiding Voorbeelduitwerkingen Maatwerk

pagina 13

pagina 14 pagina 15 pagina 21

Fase 3 Innovatieve technologieën Doel Voorbereiding Tips voor de begeleiding Maatwerk

pagina 23

pagina 24

Fase 4 Expertmeeting Doel Voorbereiding Tips voor de begeleiding Maatwerk

pagina 25

Fase 5 Evaluatie Doel Tips voor de begeleiding

pagina 26

Bijlage 1 Aansluiting op de examenprogramma’s

pagina 27

Bijlage 2 Overwegingen bij het ontwerp van deze module

pagina 28

Bijlage 3 Samenhang in soorten

pagina 29


Docentenhandleiding

3

Korte beschrijving module De module is bestemd voor leerlingen in het NG profiel in 5 vwo van scholen die aan het multipilot Examenexperiment deelnemen. Na aanpassing kan de module ook gebruikt worden voor scholen van het examenexperiment Nieuwe Scheikunde en op alle scholen die niet met het examenexperiment meedoen. Bij deze module gaat het naast leerstof uit de examenprogramma’s nadrukkelijk over de samenhang tussen de vakken biologie en scheikunde. Dat maakt deze module zeer geschikt voor scholen die een vakoverstijgende module willen doen. De module is na aanpassing ook te gebruiken voor leerlingen die geen biologie in hun programma hebben. De beroepspraktijk ‘ innovatie van wasmiddelen’ vormt de aanleiding om de scheikundige en biologische bestanddelen van wasmiddelen te onderzoeken. Als student-assistent op de R&D-afdeling kijken leerlingen mee over de schouders van de productontwikkelaars. In deze rol voeren ze een aantal opdrachten uit, afwisselend vanuit de blikrichting van onderzoekers, ontwerpers en technologen. Tijdens de verschillende fasen belichten leerlingen aan de hand van werkvormen de vakinhoudelijke samenhang tussen biologie en scheikunde. Na afloop evalueren ze de ervaren meerwaarde van leren in samenhang. De module beslaat een periode van ca. 8 weken ( 1 les biologie en 2 lessen scheikunde per week, totaal 40 slu) en is leerboekvervangend. De vakinhoud van de module valt voor ongeveer tweederde van de tijd onder scheikunde en een derde onder biologie. De huidige leerboeken worden gebruikt als informatiebron. De docent biologie en scheikunde kunnen de module in vakgerelateerde lestaken opdelen, maar het is ook mogelijk om bij het begeleiden van de module afwisselend vakexpert en begeleider te zijn. De module is opgebouwd in vijf fasen en gestructureerd in de vorm van 6 proeven en 14 opdrachten. Bij elke opdracht en proef is aangegeven wat leerlingen hiervan leren en welke bronnen gebruikt kunnen worden. Klassikale opdrachten, individueel werk en groepswerk wisselen elkaar af. Fase 1 Startlessen. Hierin maken leerlingen aan de hand van proeven en opdrachten kennis met het probleem ‘ vlekken verwijderen’, maken ze natuurlijke zeep en onderzoeken ze de werking van zeep en de overeenkomsten en verschillen tussen voedsel verteren en het verwijderen van voedselvlekken. Fase 2 Productanalyse. In deze fase voeren leerlingen op een systematische wijze een productanalyse en een duurzaamheidsanalyse uit, onderzoeken ze door middel van proeven de waswerking met en zonder enzymen en het werkingsoptimum van enzymen. Ook bestuderen ze de biosynthese van eiwitten. Fase 3 Innovatieve technologieën. Na een startopdracht doen leerlingen literatuuronderzoek naar één innovatieve technologie uit de biotechnologie of nanotechnologie. Ze doen dat in groepen aan de hand van vaste richtvragen. Op grond van de opgedane kennis geeft elke groep een beargumenteerd advies over het gebruik van deze technologie bij het ontwikkelen van een nieuw enzym in wasmiddelen. Fase 4 Expertmeeting De expertgroepen van fase 3 wisselen hun kennis uit door middel van een presentatie (met proefpresentatie) en een ‘ summary’. Als slotopdracht stellen ze in met de verworven kennis van zaken een programma van eisen op voor een volgende generatie wasmiddelen. Fase 5 Evaluatie In deze fase bereiden leerlingen zich voor op een toets met vakinhoudelijke vragen over biologie en scheikunde, de gepresenteerde technologieën en een casusvraag. Aan de hand van reflectievragen en een tweetal opdrachten kijken ze terug op de wijze waarop ze de samenhang in deze module hebben ervaren en de mogelijke meerwaarde die dit hen heeft opgeleverd. De beoordeling van de module bestaat uit een cijfer voor het onderzoek en de presentatie van de technologie en een proefwerkcijfer. Andere onderdelen van de module kunnen ook in de beoordeling worden opgenomen. De docentenhandleiding bevat de lesplanning, suggesties voor de organisatie en begeleiding en voorbeelduitwerkingen. Daarnaast een paragraaf over het versterken van samenhang en de aansluiting op examenprogramma’s.


Docentenhandleiding

4

Lesplanning en organisatie Lesplanning De module is zo opgebouwd, dat deze op scholen met 4 perioden binnen één periode kan worden gepland. Dan wordt tijdens alle lessen scheikunde en de helft van de lessen biologie aan de module gewerkt. Leerlingen hebben daarnaast ‘ huiswerk’. Zie het schema hieronder. Fase

Totaal lessen

Scheikunde

Biologie

1 Startlessen 2 Productanalyse 3 Innovatieve technologieën 4 Expertmeeting 5 Evaluatie

6 6 3 6 3

4 4 2 4* 2

2 2 1 2* 1

Totaal+/- 40 slu

20 lessen

16

Zelfstandig werk 3 slu 3slu 3 slu 5 slu 3 slu

8 17 slu * Presentaties lopen door in de lessen De module is zo gestructureerd, dat de planning aangepast kan worden aan de wensen en omstandigheden van de school. Suggesties hiervoor zijn opgenomen in de volgende paragrafen. Lokalen Bij de planning wordt er van uitgegaan dat de lessen van fase 1 en 2 allemaal in het vaklokaal worden gegeven i.v.m. de practica. Voor fase 3 en 4 hebben leerlingen een computerlokaal nodig. Voor de expertmeeting van fase 4 is een beamer en waarschijnlijk ook een internetaansluiting nodig. TOA Bij alle practica in fase 1 en 2 is assistente van de TOA nodig i.v.m. voorbereiding en begeleiding van de proeven. Daarnaast kan het nuttig zijn om de TOA te betrekken bij de expertmeeting, vooral als leerlingen gebruik maken van simulatieprogramma’s. Lesmateriaal Het is voor leerlingen prettig werken als ze het lesmateriaal op papier als map of boekje kunnen gebruiken. Van leerlingen in 5V kan worden verwacht dat ze notities van de lessen en practica en antwoorden op de vragen gestructureerd kunnen vastleggen in hun aantekenschrift. Daarom heeft de auteur bij deze module afgezien van het ontwikkelen van een leerlingwerkboek. Het is aan te bevelen om de ‘ summary’ op papier aan alle leerlingen uit te reiken i.v.m. de betrokkenheid bij de presentaties en als voorbereiding op de toets. Laat leerlingen steeds eerst de proeven doen en opruimen voor ze de uitwerkingsvragen gaan beantwoorden. Als het vaklokaal ‘ natte’ en ‘ droge’ tafels heeft kunnen mappen e.d. op de droge tafel blijven liggen. Als dat niet zo is kan het handig zijn om de (aangepaste) werkwijze van de proef als losse print uit te delen met genoeg ruimte om tijdens de proef aantekeningen te maken. ELO Het is sterk aan te bevelen om het leerlingmateriaal ook via de ELO aan te bieden (als de school over een ELO beschikt). Dat geeft docenten ook de mogelijkheid om bronnen te actualiseren en zijdens de module kleine aanpassingen te verwerken. Met name voor fase 3 en 4 kan de ELO worden gebruikt om alle ppt-presentaties vooraf klaar te zetten zodat er vaart in de presentaties kan blijven. En om ze voor leerlingen beschikbaar te houden tot na de toets. Handig is om de ‘summary’ via de ELO te laten inleveren en met de plagiaatfunctie te laten controleren op plagiaat. Als de school geen ELO heeft kunnen de presentaties naar alle leerlingen per e-mail worden opgestuurd. Ook kan de docent het materiaal beschikbaar stellen via Moodle, een wiki aanmaken enz.


Docentenhandleiding

5

Fase 1 Startlessen Doel De startlessen hebben tot doel: • Motiveren van leerlingen en oriënteren op de opdracht • Opfrissen van noodzakelijke biologische, scheikundige en natuurkundige kennis uit de onderbouw en vierde leerjaar • Oriënteren op biologische en scheikundige aspecten van vlekken • Oriënteren op biologische en scheikundige aspecten van het wasproces • Doen van vooronderzoek Voorbereiding Proef 1 Schuimproef Didactisch Het is verleidelijk om deze proef als demo te doen en daarbij een enorme schuimtoren te produceren. Het gaat bij deze proef echter niet alleen om de motivatie en het AHH –effect maar ook om het meten en het zoeken naar proeven die geschikt zijn als indicatie van de waswerking van wasmiddelen. Praktisch De proef wordt gedaan in het scheikundelokaal in tweetallen. Deze proef is afkomstig van http://www.thuisexperimenteren.nl/science/peroxideschuim/peroxideschuim.htm. Gebruik een verse oplossing van waterstofperoxide of test de proef met de aanwezige voorraad. Pas de gebruikte hoeveelheid waterstofperoxide aan aan de hoogte van de maatcilinders. Het gaat bij deze proef om het kunnen meten aan de schuimkolom. Het is handig om de maatcilinder vlak voor de proef te vullen met 30% waterstofperoxide en leerlingen deze drie maal laten verdunnen. Glycerine kunnen ze zelf afmeten uit een voorraadfles in een tweede maatcilinder. De kaliumjodide kan het beste door de TOA in reageerbuizen worden klaargezet, omdat anders teveel kaliumjodide wordt verbruikt. Afwasmiddel kan rechtstreeks vanuit de voorraadfles worden toegevoegd. Als het afwasmiddel een kleur heeft is kleuring m.b.v. een voedingskleurstof niet nodig. Een schoteltje onder de maatcilinder maakt het opruimen gemakkelijk. Proef 2 Biokatalyse Didactisch Deze proef kan worden gedaan tijdens de les van de biologiedocent. Eventueel o.l.v. de scheikundedocent. Ook deze proef kan goed als leerlingproef worden uitgevoerd, maar vanwege de wachttijd, de hulpmiddelen in leerlingsets en het omvangrijke schoonmaakwerk achteraf adviseren we deze proef als demoproef te doen. Praktisch Uiteraard moeten de drie te gebruiken raspen dezelfde poriegrootte hebben en de eetlepels even groot. Gebruik groente die niet al te oud is. Bloed kan verkregen worden uit varkenslever of kippenlever door deze te pureren. Test de proef vooraf om aan te kunnen geven hoe lang moet worden gewacht op het ontstaan van gasbelletjes. Opdracht 1 Vlekkenprofiel Didactisch Deze opdracht is zelfsturend en kan heel goed als huiswerkopdracht worden meegegeven. Eventueel kan een computerlokaal voor deze opdracht worden gereserveerd, zodat leerlingen er tijdens de les aan kunnen werken.

Proef 3 Natuurlijke zeep maken Didactisch


Docentenhandleiding

6

Bij deze proef wordt van leerlingen verlangd dat ze op basis van de beschikbare recepturen op internet een werkplan voor het zelf maken van zeep opstellen. Vooraf is het handig om de randvoorwaarden met de leerlingen door te nemen: 1. materialen die makkelijk verkrijgbaar zijn 2. moet binnen één lesuur worden afgerond 3. harde zeep i.v.m. het scheiden van de ontstane zeep van het reactiemengsel 4. hoeveelheden die passen in het beschikbare glaswerk. Praktisch Omdat leerlingen met verschillende recepten en werkplannen is een wat langere voorbereidingstermijn nodig. Proef 4 Voedsel verteren en voedselvlekken verwijderen Didactisch Deze proef wordt in tweetallen uitgevoerd tijdens de biologieles. In verband met de samenhang worden identieke eisen aan het werkplan gesteld. Bij deze proef wordt van leerlingen verlangd dat ze op basis van de gepubliceerde proeven op internet en de proeven in hun biologieleerboek een werkplan voor het onderzoeken van de werking van spijsverteringsenzymen buiten het lichaam maken. Vooraf is het handig om de randvoorwaarden met de leerlingen door te nemen: 1. materialen die makkelijk verkrijgbaar zijn 2. moet binnen één lesuur worden afgerond 3. zelf materiaal voor voedselvlekken meenemen 4. vlekken van eiwitten, koolhydraten en vetten onderzoeken 5. vlekken van sterk gekleurd voedsel (spinazie, tomaat, bramen) buiten beschouwing laten 6. hoeveelheden die passen in het beschikbare glaswerk. Praktisch Het is handig als een grote hoeveelheid vierkante witte katoenen lapjes beschikbaar is voor het onderzoeken van de voedselvlekken (oude lakens). Nieuwe katoen moet beslist enkele malen worden gewassen omdat anders de voedselvlekken niet in het weefsel trekken. Laat leerlingen hun eigen speeksel gebruiken voor de proeven.

Tips voor de begeleiding De module kan worden ingeleid met een ‘ three minute speech’ over samenhang tussen biologie en scheikunde, waarbij aan de leerlingen wordt opgedragen om tijdens deze module terug te kijken op de ervaren samenhang. Een klassikale bespreking van de onderzoeksvragen geeft een goede gelegenheid om de eisen aan een onderzoeksvraag te verhelderen. Leerlingen kunnen aangeven welke onderzoeksvragen ze meer biologisch vinden, welke meer scheikundige en welke ze zowel biologisch als scheikundig vinden. Ze kunnen ook hun oordeel geven over onderzoeksvragen waarvoor de opdrachtgever (de zeepindustrie) wil investeren en welke binnen de context van een bedrijf niet rendabel te maken zullen zijn. Proef 2 Biokatalyse Leerlingen kunnen bij deze proef ingeschakeld worden voor het raspen en het gelijktijdig toevoegen van het materiaal aan de petrischalen. Het duurt wel even voor bij alle petrischalen gasbelletjes te zien zijn. De tijd kan worden benut voor een klassengesprek over overeenkomsten en verschillen tussen enzymen en katalysatoren. Opdracht 1 Vlekkenprofiel Aan de hand van deze opdracht halen leerlingen hun kennis uit de onderbouw over vleksoorten en schoonmaken weer op. Het is de bedoeling dat alle duo’s een doelgroep kiezen waar ze affiniteit mee kunnen voelen. Het perspectief is nu niet ‘ meer kennis van de eigen leefomgeving’ maar het beroepsperspectief ‘ productontwikkeling voor de consumentenmarkt’.


Docentenhandleiding

7

Deze opdracht kan worden afgesloten met een klassikaal overzicht. Duo 1 noemt twee vleksoorten, duo 2 vult aan enz. Als alle 10 posities in de top tien zijn benoemd kan een duo met heel goede argumenten een nieuwe vleksoort opnemen en een voorstel doen voor het verwijderen van een bepaalde vleksoort. Vervolgens beslist de klas bij stemming of de aanwezige bestaande vleksoort moet vervangen worden door de nieuwe vleksoort. Proef 3 Natuurlijke zeep maken Het is niet de bedoeling dat leerlingen volgens hetzelfde kant en klare standaardrecept zeep gaan maken. Het eigen onderzoek naar een bruikbaar recept moet op zin minst de notie opleveren dat er vele goede recepten in omloop zijn. Daarnaast wordt denkwerk verwacht om het recept aan te passen aan de omstandigheden in het practicumlokaal. Meestal moeten daarvoor de hoeveelheden sterk verminderd worden en de reactieomstandigheden worden aangepast (downscaling) Deze opdracht is daardoor representatief voor het doen van onderzoek naar processen die in de fabriek op grote schaal worden uitgevoerd. Niet alle werkplannen zullen een recept met veel opbrengst bevatten. Dat kan aanleiding zijn voor een afrondend klassengesprek. De werkplannen kunnen in de klas aan andere duo’s worden gegeven. Als het werkplan voor de uitvoerende leerlingen niet duidelijk is moet het door de makers ervan worden bijgesteld. Na afloop van de proef stellen de uitvoerende duo’s het werkplan bij en geven ze een beoordeling voor de kwaliteit van het ontvangen werkplan. Daarbij kunnen ze ook het rendement van het proces betrekken. Proef 4 Voedsel verteren en voedselvlekken verwijderen Te verwachten is dat er een variëteit aan werkplannen worden ingeleverd. Bij de beoordeling daarvan kan gelet worden op: - duidelijke beschrijving van de soort vlek, een pizzavlek kan van tomaat, kaas, vet e.d. zijn. - duidelijke beschrijving van de hoeveelheid enzym die wordt toegediend. - reproduceerbaarheid van de proeven Eventueel kunnen de werkplannen in de klas worden verdeeld en door leerlingen op deze punten worden beoordeeld. Het is aan te bevelen om leerlingen van deze proef een kort practicumverslag te laten schrijven.

Voorbeelduitwerkingen Proef 1 Schuimproef 1. Eigen antwoord. 2. 2 H2O2 (aq) -> 2 H2O (l) + O2 (g) 3. Bij kamertemperatuur is de reactiesnelheid van de ontledingsreactie erg laag. Dat komt omdat de activeringsenergie voor de ontledingsreactie tamelijk groot is. Bij kamertemperatuur is de snelheid van de moleculen te klein voor veel effectieve botsingen, waardoor er weinig waterstofperoxide wordt ontleed. 4. De oplossing van kaliumjodide, dat kunnen dus de kaliumionen of de jodide- ionen zijn. 5. De katalysator komt na de reactie weer beschikbaar voor volgende waterstofperoxidemoleculen. De katalysator wordt dus niet verbruikt. 6. Dat kun je onderzoeken door aan een oplossing van waterstofperoxide een oplossing van natriumjodide en een oplossing van kaliumchloride toe te voegen. Met een natriumjodideoplossing volgt wel zichtbare ontleding, bij een natriumchlorideoplossing volgt geen zichtbare ontleding 7. Door het toevoegen van een katalysator verandert het reactiemechanisme van de ontledingsreactie. Daardoor is er voor de ontleding m.b.v. de katalysator een lagere activeringsenergie nodig. 8. Onder invloed van licht vindt de ontleding sneller plaats. 9. H2O2 (aq) + I (aq) OI (aq) + H2O (l) H2O2 (aq) + OI (aq) H2O (l) + O2 (g) + I (aq) 10. Als een wasmiddel schuimt kan met deze proef worden onderzicht hoeveel schuim het produceert. De hoeveelheid schuim is dan een indicatie voor de aanwezige hoeveelheid wasmiddel. Hiermee kun je onderzoeken hoe groot de concentratie wasmiddel voor en na het NG Module Samenhang Intelligente wasmiddelen

Docentenhandleiding

8

wassen is. Met deze proef kan niet bewezen worden hoe een wasmiddel precies werkt bij het verwijderen van vlekken uit textiel. Proef 2 Biokatalyse 1. Door het raspen gaan cellen kapot waardoor het cytoplasma met daarin het aanwezige enzym katalase vrijkomt uit de cel. Het enzym kan zo beter het waterstofperoxide ontleden. 2. Nee, niet alle cellen met daarin de katalysator (katalase) zullen door het raspen kapot gaan, waardoor het katalase in de cel blijft en niet in contact komt met waterstofperoxide. In bloed bevindt zich de katalysator in het bloedplasma. Het enzym kan zo makkelijker in contact komen met het waterstofperoxide. 3. Nee, door het kookproces zijn de enzymen door de hoge temperatuur gedenatureerd en daardoor niet meer biologisch actief. 4. Door toevoegen van waterstofperoxide wordt het katalase in de bloedvlek actief en begint de vlek te bruisen. De bloedvlek verdwijnt op deze manier (N.b. dit is alleen het geval bij een verse bloedvlek). 5. Nee, want in deze vlekken zal bijna geen katalase zitten en komt er geen reactie opgang. Wanneer de vlekken zijn veroorzaakt door gekookte aardappelen of groente zal het aanwezig katalase al niet meer biologisch actief zijn. 6. 2H2O2 -> 2H2O + O2 + energie (warmte) 7. Waterstofperoxide ontstaat door oxidatie van waterstof van diverse organische moleculen, zoals bijv. alcohol. Het wordt gevormd in peroxisomen, organellen in de cel. Peroxisomen in de lever zijn bijvoorbeeld in staat giftige stoffen zoals alcohol te detoxificeren. Waterstof peroxide is zelf ook giftig, maar peroxisomen bevatten katalysatoren die waterstofperoxide weer ontleden. 8. Katalase werkt alleen als het vers is en dat is bij een wasmiddel moeilijk. Opdracht 1 Vlekkenprofiel 1. Veelvoorkomende vlekken van lichaamsvloeistoffen zijn : zweet, urine, speeksel en bloed. Veel voorkomende vlekken van voedingsmiddelen zijn: pastasaus, mayonaise, melk vruchtensap. Veel voorkomende olieachtige vlekken zijn: huidvet, make-up, smeerolie, ijs en slagroom. Veel voorkomende kleurstofvlekken zijn gras, fruit, groene groente, lippenstift. 2. Lichaamsvloeistoffen: hydrofiele eigenschappen. Voedingsmiddelen overwegend hydrofiele eigenschappen. Olieachtige vlekken: hydrofobe eigenschappen. Kleurstofvlekken; wisselt sterk. Zie Binas tabel 67. 3. Kleurstofvlekken van felle kleuren: rood fruit, lippenstift gaan moeilijk uit de was. Hydrofobe vlekken gaan er ook moeilijker uit dan hydrofiele vlekken. 4. Hydrofobe eigenschappen. 5. Voor een hydrofiele vlek heb je ene hydrofiel oplosmiddel nodig. Voor een hydrofobe vlek heb je een hydrofoob oplosmiddel nodig. Soort zoekt soort. 6. Synthetische materialen bestaan uit overwegend hydrofobe moleculen. Die binden goed aan hydrofobe vlekken. Daardoor zijn vetvlekken lastig te verwijderen uit synthetische stoffen. 7. Voedselvlekken kun je grotendeels verwijderen door spoelen met een sodaoplossing. Voor hydrofobe vlekken is wasbenzine als oplosmiddel nodig of zeep, waardoor er tussen de zeepmoleculen en de vlekken vanderwaals binding kan ontstaan. Kleurstofvlekken gedragen zich afwijkend. Die kunnen alleen worden verwijderd met behulp van vlekkenmiddelen die een redoxreactie met de vlek aangaan.


Docentenhandleiding

9

Opdracht 2 Het spijsverteringsstelsel 1. Koolhydraten, eiwitten en vetten. 2.

Schematische weergave spijsverteringsstelsel (bron: http://users.telenet.be/hetmenselijklichaam/het%20spijsverteringsstelsel.htm) Mechanische vertering vindt plaats in de mond bij kauwen van voedsel en in de twaalfvingerige darm waar gal vetten emulgeert. Bij beide processen vindt er oppervlaktevergroting van het substraat plaats waardoor enzymen beter kunnen inwerken. De chemische vertering start in de mond waar speekselamylase begint met de afbraak van koolhydraten (zetmeel). De vertering van eiwitten start in de maag, vetvertering begint in de twaalfvingerige darm. Alle verteringsprocessen eindigen in de dunne darm, alwaar de eindproducten van de verteringsstappen worden opgenomen in het bloed. 3. Vertering van koolhydraten begint in de mondholte. In de maag begint de eiwitvertering. In de twaalfvingerige darm start de vertering van vetten. De eindproducten die ontstaan bij de vertering van koolhydraten, eiwitten en vetten zijn respectievelijk monosachariden, aminozuren en vetzuren (+ glycerol). 4. Enzymen die een belangrijke rol spelen bij de vertering van de drie voedingsstoffen: Koolhydraten Eiwitten Vetten amylase peptase (pepsine) lipase maltase tryptase (trypsine) fosfolipase lactase (poly)peptidasen sacharase (sucrase) iso-maltase 5. Door het draaien en schudden van de was wordt het oppervlak vergroot. Bij mechanische vertering vindt ook oppervlaktevergroting plaats.


Docentenhandleiding

10

Proef 3 Natuurlijke zeep maken 1. Vetten en olie zijn een verbinding van glycerine met verzuren. Bij het maken van zeep wordt de esterbinding gehydrolyseerd en ioniseert de carboxylgroep. De aard van de vetzuren bepaalt welk olie of vet. Maar alle vetzuren kunnen worden gehydrolyseerd en alle vetzuren hebben een carboxylgroep die wordt geïoniseerd. 2. H H

C

O O

C

H

C15H31

O H

C

O

C

C15H31

+

3 H2O

O H

C

O

C

C15H31

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

O

+

3

HO

C

C15H31

H

H

3. Glycerol behoort tot de alcoholen en wel met twee primaire OH-groepen en een secundaire – OH groep. 4. Vetzuren behoren tot de carbonzuren, maar hebben in vergelijking met b.v. ethaanzuur en butaanzuur een lange koolstofketen. 5. Uit ethanol en azijnzuur ontstaat de ester ethylacetaat. Een reactie van een alcohol en een zuur is een verestering.

6. Minerale olie wordt gemaakt uit aardolie. Zo’n olie behoort tot de alkanen ( algemene formule Cn H2n+2). Minerale olie bevat geen estergroepen en kan dus niet gebruikt worden voor het hydrolyseren van de esterbinding. 7. Glycerine is een nevenproduct, want het is net als vetzuur een bestanddeel van vet. Bij de hydrolyse van vet ontstaan zowel glycerine als verzuren. Een bijproduct is het resultaat van een volgreactie of een nevenreactie (= een andere reactie dan de bedoelde hydrolyse). 8. Als vet wordt gehydrolyseerd met natriumhydroxide ontstaat harde zeep. Als ver wordt gehydrolyseerd met kaliumhydroxide ontstaat zachte zeep. 9. Bij een hydrolysereactie vindt een reactie plaats van een groot molecuul met een watermolecuul. Het watermolecuul wordt gesplitst, een deel (OH) bindt zich aan de ene helft van het oorspronkelijke molecuul. De rest van het watermolecuul (H) bindt zich aan het andere deel van het grote molecuul. Daaruit ontstaan twee kleinere moleculen. 10. De OH ionen worden niet opgenomen in de twee moleculen die na de hydrolyse ontstaan maar komen na de hydrolysereactie weer vrij. Door de OH ionen wordt de reactie wel versneld. Dus dienen ze als katalysatoren. 11. Het hangt van het gekozen vet af met welke massaverhouding vet wordt omgezet in zeep. Ook moet in het werkplan opgemerkt worden dat het om een evenwichtsreactie gaat en er dus nooit 100% omzetting van vet kan zijn. Proef 4 Voedsel verteren en voedselvlekken verwijderen 1. Een enzym versnelt een chemisch reactie, zonder daarbij zelf te worden verbruikt of van samenstelling te veranderen. 2. Een substraat is een stof die via een chemische reactie wordt omgezet of gemaakt met behulp van een enzym als katalysator. Het enzym gaat daarbij tijdelijk een verbinding aan met het substraat. Nadat het substraat is afgebroken of gevormd komt het enzym weer vrij.. Bijv. zetmeel is het substraat van speekselamylase. 3. Enzymen kunnen voorafgaand aan de was onder de juiste omstandigheden al een deel van biologische vlekken (zoals eiwitten en vetten) afbreken. 4. Hoge temperaturen bemoeilijken het gebruik van enzymen in wasmiddelen. Wanneer de temperatuur boven de optimale temperatuur van het enzym ligt zal de enzymactiviteit o verminderen (bijv. bij een wastemperatuur van 60 C). Bij een nog hogere temperatuur (bijv. bij o de kookwas - 95 C) zullen enzymen denatureren, waardoor de activiteit helemaal verdwijnt. Enzymen werken binnen een bepaalde pH-geboied, amylase bijvoorbeeld tussen pH 5.6 en


Docentenhandleiding

11

6.9. Als zeep eenmaal is opgelost kan de pH van de oplossing zo hoog zijn, dat het enzym helemaal niet wil werken. Opdracht 3 De werking van zeep 1. Een zeepmolecuul heeft een hydrofiele ‘kop’ ( de COO groep) en een hydrofobe staart. (bron http://kaffee.netfirms.com/Science/labs/Chem/Lab-Hard.Water.html). Er ontstaan waterstofbruggen tussen de negatief geladen kop van zeep en de hydrofiele vlekken. Daardoor kan een hydrofiele vlek worden losgeweekt van het weefsel en in oplossing gaan. 2. De molecuulformule van een zeepmolecuul is bijvoorbeeld C17H32COO . Hieruit blijkt dat een zeepmolecuul uit veel atomen bestaat, waardoor de vanderwaalsbinding voldoende groot wordt om de hydrofobe staart van het zeepmolecuul te kunnen binden aan hydrofobe stoffen. 3. Een oppervlakteactieve stof is een stof die de oppervlaktespanning van een vloeistof kan verlagen. Daardoor kan de vloeistof over een groter oppervlak uitvloeien. 4. Bij een mengsel van olie en water bijvoorbeeld ontstaan twee lagen. Als zeep wordt toegevoegd gaat de hydrofiele kop met de COO groep een binding aan met H2O in de waterdruppeltjes. De hydrofobe staart met de koolstofketen gaat een binding aan met de moleculen in de oliedruppeltjes. Zo kunnen zeepmoleculen aan de ene kant watermoleculen binden en aan de andere kant oliemoleculen binden. 5. Zie de tekening hiernaast. In het midden de druppel water omringd door de hydrofiele koppen van de zeepmoleculen. De hydrofobe staarten om de druppel heen gaan van der Waals bindingen aan met de lampoliemoleculen. 6. In een micel zijn de moleculen niet willekeurig gerangschikt zoals in een vloeistof maar volgens een bepaald patroon, afhankelijk van de aard van de druppel of het vuil dat aanwezig is. Bij een vetvlek bijvoorbeeld binden de hydrofobe staarten zich aan het vuil en zorgen de hydrofobe koppen aan de buitenkant van het vuil ervoor dat het geheel in oplossing kan gaan.

Slotopdracht Startlessen 1. Biologische kennis over de toepassing van enzymen voor het verteren van vlekken, het gedrag van enzymen bij verschillende temperaturen, het gedrag van enzymen bij verschillende pH-waarden, het werkingsoptimum. Chemische kennis over de eigenschappen van zeepmoleculen, over de reactieomstandigheden waarin zeep kan worden geproduceerd. 2. Mechanische vertering Chemische vertering Voedselvertering

Kauwen en emulgeren voor oppervlaktevergroting van substraat

Optimumtemperatuur o enzymwerking 37 C

Voedselvlekken verwijderen

Draaien en schudden van de was om een zo groot mogelijk wasoppervlak te krijgen.

Wastemperatuur is meestal o 40 C voor optimale werking enzymen

3. Overeenkomst: beiden bepalen snelheid van het proces zonder zelf verbruikt te worden. Verschil: katalysator is niet afhankelijk van temperatuur en/of zuurgraad, een enzym is hier wel van afhankelijk. 4. Biologisch onderzoek naar wasmiddelen richt zich vooral op werking enzymen onder optimale omstandigheden.


Docentenhandleiding

12

Scheikundig onderzoek naar wasmiddelen richt zich vooral op het produceren van de wasmiddelen en de verklaring voor de werking van wasmiddelen. 5. Eigen antwoord 6. Eigen antwoord Leervragen vakinhoudelijke verdieping 1. Voorbeelden van onderzoeksvragen voor verder onderzoek naar de mogelijke toepassing van enzymen in wasmiddelen. Zijn er enzymen die bij hoge temperatuur werken en zo ja, kunnen deze enzymen worden toegepast in wasmiddelen? Welke structuurkenmerken hebben enzymen die bij hogere temperatuur werken? Hoe kan denaturatie van enzymen door hoge temperaturen worden tegengegaan? 2. Voorbeelden van onderzoeksvragen voor verder onderzoek naar wasmiddelen die bij lagere temperaturen net zo goed schoon wassen. Hoe kan de oppervlakteactieve werking van zeep worden vergroot? Hoe is het verband tussen de vetoplossende werking van zeep en de lengte van de koolstof ’ staart’ ? Welke invloed heeft de verandering van pH op de vetoplossende werking van zeep? Maatwerk (suggesties voor variatie op, uitbreiden en inkorten van de opdracht) Schuimproef - Leerlingen kunnen de schuimtoren van de ontleding met kaliumjodide vergelijken met de schuimtoren van ontleding met natriumjodide en kaliumchloride. - Leerlingen kunnen de concentratie van waterstofperoxide variëren. Biokatalyse - De proef kan ook uitgevoerd worden met gekookte aardappel, appel en kool. - Het practicum kan worden uitgebreid met de denaturatie van katalase http://www.bioplek.org/techniekkaartenbovenbouw/techniek38katalase.html Natuurlijke zeep maken - Omdat er veel (exotische) recepten voor het maken van zeep in omloop zijn kan het nuttig zijn om de ingrediënten van zeep te beperken tot stoffen die bij de drogist en supermarkt te koop zijn. Voedsel verteren en voedselvlekken verwijderen - Een alternatief kan zijn om leerlingen een practicumopdracht te geven in plaats van hen een eigen onderzoeksopzet, werkplan enz te laten opstellen. - De opdracht kan worden ingeperkt door vooraf te stellen dat het onderzoek met twee enzymen kan worden gedaan. Vlekkenprofiel - Omwille van de tijd is bij deze opdracht afgezien van het maken van een korte onderzoeksrapportage. Maar de docent kan hier altijd voor kiezen. Het spijsverteringsstelsel - Er kan voor gekozen worden om leerlingen niet zelf de informatie bij elkaar te laten zoeken maar gericht te verwijzen naar enkele bladzijden uit het leerboek of een bepaalde website. Vlekkenprofiel - Omwille van de tijd is bij deze opdracht afgezien van het maken van een korte onderzoeksrapportage. Maar de docent kan hier altijd voor kiezen. De werking van zeep - Bij deze opdracht kan aan leerling duo’s gevraagd worden om 5-10 powerpointdia’s te maken met op elk een duidelijke afbeelding die de werking van zeep op moleculair niveau illustreert. Slotopdracht startlessen - Geef leerlingen opdracht om een samenvatting te schrijven van 2A4 met oude en nieuwe kennis uit de startlessen. Daarvoor kunnen ze de leerdoelen die in de inleiding genoemd zijn verder uitwerken. - Leerlingen kunnen op basis van de leerdoelen in de startlessen vijftien ‘ test jezelf’ vragen opstellen, waarmee ze kunnen controleren of ze zich de hoofdzaken uit de startlessen hebben eigengemaakt.


Docentenhandleiding

13

Fase 2 Productieanalyse Doel Door deze fase ervaren leerlingen dat bij het samenstellen van een optimaal wasmiddel afwegingen moeten worden gemaakt m.b.t. de bestanddelen en de fysische omstandigheden tijdens het wassen. Ze passen daarbij de strategie van ontwerpers toe. Dat levert leervragen op naar aanleiding waarvan ze hun biologische en chemische kennis verder uitbouwen. Een deel van deze leervragen zijn ook al geformuleerd bij de afsluiting van de startlessen. Voorbereiding Opdracht 5 Productanalyse Didactisch Als leerlingen al enige ervaring hebben met ontwerpen zal het begrip ‘ functie’ of taak bekend zijn. Mocht dat niet zo zijn, dan is aan te bevelen om een aanleeropdracht over productanalyse in te lassen. Zie bijvoorbeeld op www.techniek12plus.nl in het onderdeel ‘Technologie& Samenleving’ het tabblad Startlessen. De startles ‘ Lijmstift’ biedt een korte kennismaking met ontwerpen. In het onderdeel ‘ Techniek15+’ bij de aanleeropdrachten onder het tabblad Cyclus Zooming zijn de opdrachten ‘Ontkalker’ en ‘ Bodycare’ te downloaden. Zie eventueel ook de startmodule Technisch Ontwerpen van www.nieuwenatuurkunde.nl/download/id/.../Technisch+Ontwerpen+LR.pdf. Praktisch Voor deze opdracht hebben leerlingen een reeks wasmiddelen (verpakkingen) nodig met informatie over de samenstelling, de aanbevelingen voor de wasomstandigheden etc. Dit kunnen ze eventueel thuis ook opzoeken. In verband met de motivatie is het bekijken van wasmiddelverpakkingen op school aan te bevelen. Als leerlingen via het intranet van school de beschikking hebben over Smart Draw kunnen ze de productanalyse digitaal uitwerken. In het leerlingenmateriaal is het werkblad opgenomen voor het invullen met pen. Opdracht 6 Quick Scan met Ecodesign Strategy Wheel Didactisch Hoewel de opdracht zelfsturend is, blijkt in de praktijk dat leerlingen even op weg moeten worden geholpen. Daarvoor kan de aanleeropdracht Quick Scan van www.techniek12plus.nl, onderdeel ‘Ontwerpen voor Duurzaamheid’ met het productpaar Blik en Plastic Fles worden gebruikt. Als elk leerling duo bij één of twee invalshoeken criteria bekijkt, selecteert en de beide producten beoordeelt heeft na klassikale uitwisseling de hele klas zowel een totaalbeeld als ervaring met het beoordelen van een invalshoek. Voor leerlingen van 5Vwo moet dit voldoende zijn. Praktisch De spinnenwebdiagrammen kunnen in Excel worden gemaakt (Invoegen,Overige grafieken, Radar) Via http://www.cfsd.org.uk/seeba/general/tools.htm is een tool te downloaden (doorscrollen op de bladzijde) die helaas op de nieuwe Windowsversies niet meer werkt. Proef 5 Waswerking met en zonder enzymen Didactisch Proef 5 en proef 6 sluiten op elkaar aan. Overwogen kan worden om deze in één werkplan te laten voorbereiden en uitvoeren. Het is ook mogelijk om een deel van de klas proef 5 uit te laten voeren en een ander deel proef 6 en vervolgens aan elkaar te laten rapporteren. In dat geval is het van groot belang dat leerlingen de werkwijze, conclusies en uitwerkingsvragen van de andere groep goed noteren. De reflectieve vragen hebben tot doel om de gemaakte keuzes van het verrichtte onderzoek te benoemen en de conclusies uit de resultaten te onderbouwen. Het is goed mogelijk om de volgorde van de opdracht in Fase 2 om te draaien en te beginnen met het maken van de werkplannen van Proef 5 en Proef 6. Dit is ook prettig voor de TOA voor de voorbereiding van de onderzoeken. Eventueel kan de TOA de werkplannen op uitvoerbaarheid en


Docentenhandleiding

14

kwaliteit beoordelen. Na het inleveren van de werkplannen volgt het productonderzoek en de Quick Scan, de uitvoering van het onderzoek enz. Praktisch Overwogen kan worden om leerlingen zelf de wasmiddelen en overige benodigde materialen van huis te laten meebrengen. Proef 6 Werkingsoptimum enzymen Didactisch Zie de opmerkingen bij proef 5. Overwogen kan worden om de vier proeven in de bijlage Enzymonderzoek te verdelen over groepjes leerlingen in de klas en tot slot te laten rapporteren. Praktisch Gezien de praktische voorbereiding van de oplossingen kan ervoor gekozen worden om alle leerlingen niet meer dan een of twee van dezelfde proeven in de bijlage Enzymonderzoek te laten uitvoeren. Als hen ook resultaten van de andere proeven ter beschikking worden gesteld kunnen ze op basis van eigen en ontvangen resultaten de reflectieve vragen uit de Uitwerking beantwoorden. alle resultaten.

Tips voor de begeleiding Bij Opdracht 5 Productanalyse kunnen de taken over duo’s worden verdeeld. Bij de klassikale nabespreking ontstaat dan een overzichtsbeeld. Als afsluiting van de productanalyse kan nog benadrukt worden dat eerst de deeltaak van het wasmiddel bij een bepaalde vlekkensoort duidelijk moet zijn. Pas daarna kan worden gekeken naar mogelijke bestanddelen en fysische wasomstandigheden om deze deeltaak uit te voeren. Bij Opdracht 6 Quick Scan kunnen leerlingen in duo’s of trio’s de taken verdelen en per groep een volledige scan uitwerken. Ook kunnen de taken over de klas worden verdeeld en klassikaal worden nabesproken. Bij deze opdracht vinden sommige leerlingen het lastig om bij de acht duurzaamheidsaspecten een specificatie te kiezen die een semikwantitatief oordeel mogelijk maakt. Het gaat niet om de volledige beoordeling, maar om het opdoen van ervaring met een globaal beoordelingsinstrument. De beoordeling is indicatief. Bij Proef 5 Waswerking met en zonder enzymen en proef 6 Werkingsoptimum enzymen kan overwogen worden om leerlingen de werkplannen van een andere groepje te geven en na afloop de resultaten te laten rapporteren aan dit groepje. Opdracht 7 Biosynthese van enzymen is een zelfsturende opdracht, waarin is gekozen voor het gebruik van een aantal verschillende informatiebronnen, waaronder digitale animaties en visualisaties. Leerlingen werken zelfstandig aan deze opdracht. Het is goed mogelijk om deze opdracht als huiswerk op te geven voor de lessen waarin leerlingen de onderzoeken van proef 5 en 6 uitvoeren. Er is overleg nodig om af te spreken in welke les en bij welke vakdocent Opdracht 8 Slotopdracht en reflectie op samenhang wordt besproken. Aan te bevelen is om dit per fase in de module af te wisselen. Door middel van deze afsluitende opdracht vatten leerlingen de resultaten en conclusies van het productonderzoek samen. Het is aan te bevelen om enkele vragen in de klas te bespreken. Ter afsluiting gaan leerlingen terug naar de leerdoelen en gaan ze na of ze de beoogde doelen ook hebben gerealiseerd. Ook kijken ze terug op de leervragen van de slotopdracht van de startlessen en bepalen ze of deze leervragen minstens deels, grotendeels of vrijwel geheel zijn beantwoord. Het is een goede opdracht om leerlingen een samenvatting van 2A4 te laten maken op basis van de leerdoelen. Als leerlingen niet alle proeven zelf hebben gedaan is het erg belangrijk dat ze de resultaten van andere onderzoeksgroepjes goed documenteren. Eventueel kan nog een vragenronde aan andere groepjes worden ingelast.


Docentenhandleiding

15

Voorbeelduitwerkingen Opdracht 5 Productanalyse 1. De hoofdstaak is het verwijderen van vlekken uit weefsels. 2. Onderkleding en sokken van katoen bevatten veel transpiratievlekken. Bovenkleding van fijne weefsels en mengvezels zoals polyester-katoen bevat kleine voedselvlekken. 3.

overeenkomst verschil

inweekmiddel oppervlakteactieve stof enzymen

witwasmiddel oppervlakteactieve stoffen zuurstofbleekmiddel optisch witmiddel

inweekmiddel lage temperatuur trommel draait niet ruim water

witwasmiddel heet ca 60-90 °C trommel draait veel genoeg water

kleurwasmiddel oppervlakteactieve stof enzymen kleurbeschermer

fijnwasmiddel oppervlakteactieve stof minder agressief

4. verschil

kleurwasmiddel warm ca 30-40 °C trommel draait geregeld genoeg water

fijnwasmiddel lauw ca 20 °C trommel draait af en toe ruim water

5. De calciumionen uit hard water reageren met de zeepionen en vormen kalkzeep. 2+ Ca (aq) + 2 C17H32 COO (aq)→ Ca (C17H32 COO)2 (s) 6. De calciumionen warden uit de oplossing neergeslagen door fosfaationen in het wasmiddel. 7. Kinderen zullen het minder makkelijk eten dan drinken, het vloeibare middel heeft een kleur als limonade. De doseerlepel hoeft niet steeds te worden afgespoeld. 8. Minder opslagruimte nodig. Is al opgelost dus verspreidt zich sneller door de wasmachine. 9. Persoonlijk zou ik vloeibaar kiezen, is al opgelost. Ik moet altijd niezen als ik waspoeder uit het pak in de wasmachine schep. 10. Zeepmoleculen hechten zich met de staart aan het vet. Het vet is omgeven door een monomoleculaire laag zeepmoleculen. 11. Een detergent heeft een polaire kop en een hydrofobe staart. Op het oppervlak van water steken de koppen naar beneden en steken de staarten de lucht in. Daardoor wordt de oppervlaktespanning van het water verminderd. 12. De polaire vlekken worden opgelost in water. Oplossen in water is hetzelfde als hydratatie. 13. Het water met de zeep moet goed in het weefsel doordringen. Als water een grote oppervlaktespanning heeft zal het contactoppervlak van water met het weefsel klein zijn, dus weinig zeepwerking. 14. Het schuim voert het opgeloste vuil weg uit de zeepoplossing. 15. Optimaliseren’= een ebstaand product zo slim, goedkoop enz produceren en laten werken, zoals het vervangen van natuurlijke zeep door synthetische zeep. 16. Innoveren = het product wezenlijk vernieuwen zoals het toevoegen van enzymen aan het wasmiddel. Het verschil is dat optimaliseren geen nieuwe producten oplevert, maar alleen de werking verbeter. Innoveren is het vernieuwen van het product. 17. Eigen antwoord 18. Eigen antwoord 19. Eigen antwoord 20. Door kalkrijk water kreeg je kalkzeep, dat maakt het weefsel grauw en hard.


Docentenhandleiding

16

Opdracht 6

Quick Scan met Ecodesign Strategy Wheel

Innovatief design o.a. A Multifunctionele producten Gezamenlijk gebruik Koppeling met dienstverlening

We beoordelen op

Cijfer en argumenten voor natuurlijke zeep

multifunctioneel: meerdere soorten vlekken meerdere soorten weefsel

3 wel vetvlekken maar geen andere voedselvlekken je kunt er ook mee schiinmaken

B Keuze materialen o.a. giftigheid materialen Aantal verschillende materialen Hergebruik of gerecycled materiaal Recyclebaarheid materialen Eventuele giftigheid van materialen C Gebruik materialen o.a. dosering Hoeveelheden materialen Aantal onderdelen Passende hoeveelheid voor de functie van het materiaal D Productietechniek o.a. Gebruik energie tijdens de productie Afvalstoffen en uitlaatgassen tijdens productie Geautomatiseerd of handmatig E Distributie o.a. Soort verpakkingsmateriaal Hoeveelheid verpakkingsmateriaal Soort transport Transportafstanden F Gebruik product o.a. Energieverbruik tijdens het gebruik van het product Benodigde energiesoort Eenmalig of hergebruik Mogelijkheden tot navullen G Levensduur o.a. Gemiddelde gebruiksduur Betrouwbaarheid van de werking Eenvoudig onderhoud Eenvoudige mogelijkheid tot reparatie Op te waarderen

afvalstoffen tijdens productie

hoeveelheid verpakkingsmateriaal

4 alleen natuurlijke materialen behalve soda of loog

1 voor maken van synthetisch wasmiddel zijn giftiger reagentia nodig dan loog

1 veel nodig moet op hardnekkige vlekken worden gesmeerd 3 verzeping levert ook glycerol, grondstof voor veel verzorgingsproducten

3 vooral in geconcentreerde vorm weinig nodig

2 alleen in kleine verpakkingen verkrijgbaar dus veel verpakkingsmateriaal

4 door geconcentreerde vorm veel minder verpakkingsmateriaal nodig

energieverbruik tijdens 1 was moet bij 60 of 95 het wassen graden worden gewassen om voedsel eruit te krijgen invloed op kleding 1 in gebieden met hard water is veel extra zeep nodig kalkzeep slaat neer op weefsels door hoge temperatuur meer


Cijfer en argumenten voor synthetisch wasmiddel 4 heeft enzym dus vele soorten vlekken

Docentenhandleiding

2 afvalstoffen kunnen niet voor de productie van andere producten worden gebruikt

3 kan bij lagere temperatuur werken

3 minder last van kalkrijk water geen neerslag op weefsel minder slijtage door lagere temperatuur

17

Tijdloos ontwerp H End of life o.a. Hergebruik van het product door een andere doelgroep Hergebruik van onderdelen Mogelijkheden voor renovatie Recycling van materialen Makkelijke scheiding van materialen

recycling verpakkingen

slijtage 3 dun plastic recyclebaar

2 dikker plastic, dop van ander soort plastic dan fles recyclebaar

Beoordelen en vergelijken

Aanbevelingen voor een duurzamer herontwerp/productontwikkeling Bij herontwerp/productontwikkeling van wasmiddelen is de duurzaamheid al verbeterd door 1 Geconcentreerder wasmiddel dus minder verpakking 2 Geconcentreerder verpakking dus minder transportkosten 3 Toevoegen enzymen dus bij lagere temperatuur wassen, minder energie en minder slijtage. Bij herontwerp/productontwikkeling van wasmiddelen kan de duurzaamheid het beste worden verbeterd door: 1 Keuze materialen, dit is bij groene zeep veel beter dan bij synthetisch wasmiddel 2 Productietechniek, minder energie en afvalstoffen Proef 5 Waswerking met en zonder enzymen. 1. Wasmiddel met enzymen werkt beter. 2. Een gelijk aantal gram afgewogen NB dit is relatief, want je weet niet hoeveel water er in de wasmiddelen zit. 3. Eigen antwoord 4. Eigen antwoord 5. Vermoedelijk wel, want de andere wasmiddelen met enzymen bevatten dezelfde enzymen. 6. Eigen antwoord 7. Eigen antwoord


Docentenhandleiding

18

8. De hoge temperatuur en de lage pH. In heide gevallen begint het zeepmolecuul te denatureren. Proef 6 Werkingsoptimum enzymen 1. Temperatuur, zuurgraad (pH) en concentratie van het enzym. 2. Bij een te hoge temperatuur gaan enzymen (eiwitten!) denatureren. Dit betekent het geheel of gedeeltelijk uit elkaar vallen van een eiwit, waardoor de ruimtelijke structuur van het eiwit verandert en daardoor ook zijn eigenschappen en werking (verbreken disulfide bruggen).

Denaturatie van een enzym (bron: http://diverge.hunter.cuny.edu/~weigang/Images/05-06_denaturation_1.jpg) 3. Hoge temperatuur en hoge zuurgraad (alkalisch milieu). + 4. Door de toevoeging van zeep is het milieu alkalisch (hoge pH). Hierdoor zullen enzymen H ionen afgeven. Zo verandert de lading en daardoor de ruimtelijke structuur en werking van het enzym. Een te hoge temperatuur leidt tot denaturatie van het enzym (zie vraag 2). Denaturatie is een onomkeerbaar proces. Een te lage concentratie enzymen kan een beperkende factor zijn voor de enzymactiviteit. Er is voldoende substraat, maar te weinig enzymen. De enzymwerking wordt dus hierdoor ook beperkt. Proef 7 Biosynthese van enzymen 1. Eiwitten vouwen zich in een 3dimensionale vorm. Deze vorm wordt bepaald door de onderlinge aantrekking en afstoting van de verschillende aminozuren, door de omgeving waarin het eiwit zich bevindt. De vorm van een eiwit is bepalend voor de specifieke interacties die een eiwit aan kan gaan. Hierbij is het van belang dat het eiwit zich goed opvouwt. Hierdoor zijn enzymen in staat om een substraat te kunnen binden en een enzym-substraat complex aan te gaan.

Enzym-substraat complex van enzym (sucrase) en substraat (sucrose) (Bron: http://www.bio.miami.edu/~cmallery/150/ metab/EScomplex.jpg)


Docentenhandleiding

19

R-CH(NH2)-COOH (R staat voor restgroep, een groep die er eventueel aan kan zitten.)

Algemene structuurformule aminozuur 2. Essentiële aminozuren zijn aminozuren die niet in het lichaam van de mens kunnen worden gemaakt. Ze moeten door voeding worden opgenomen. Niet-essentiële aminozuren kunnen in de lever uit andere (niet-essentiële en essentiële) aminozuren worden gevormd. 3. Een eiwit bestaat uit vele aminozuren (bouwstenen) die onderling met elkaar verbonden zijn door peptideverbindingen. Deze keten van aminozuren wordt een polypeptide genoemd. 4.

Vorming van peptidebinding tussen twee aminozuren (ala en ala) (Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Aminozuur)

5. Bij de vorming (polymerisatie) van een nieuw molecuul (dipeptide) uit twee aminozuren komt water vrij als restproduct. + 6. Ala-ala + 2 H2O → 2 ala + H3O 7. Voor de hydrolyse (afbraak) van eiwitten is water nodig. Bij de vorming (condensatie) van eiwitten komt water vrij. 8. Eiwitvlekken kun je verwijderen door water met enzymen aan de was toe te voegen. Door enzymatisch hydrolyse wordt het polypeptide ontleedt in kleinere peptiden en aminozuren. Zonder water vindt er geen hydrolyse plaats en kan de vlek niet worden verwijderd. 9. DNA bevat de code (basen) voor het maken van eiwitten. De volgorde van de basen in de DNA-streng die wordt afgelezen bepaald welk aminozuur er bij hoort. In de DNA-streng worden telkens stukjes van drie basen afgelezen (triplet). Aangezien er vier basen zijn (A, T, 3 C en G) is het dus mogelijk om 64 (4 ) combinaties te maken. Er zijn echter maar 20 aminozuren. Dit betekent dat meerdere DNA-tripletten voor een zelfde aminozuur kunnen coderen. Bij het triplet ATG hoort het aminozuur methionine. AGT codeert voor serine enz. NG Module Samenhang Intelligente wasmiddelen

Docentenhandleiding

20

10. Wanneer de cel een signaal krijgt dat er een bepaald eiwit moet worden gemaakt, ontwindt de dubbel streng DNA zich in de celkern in het gebied waar de code voor dit eiwit ligt. De DNAstreng (template) wordt door het enzym RNA-transcriptase afgelezen, waarbij een kopie van de DNA streng wordt gemaakt. Dit proces heet transcriptie. Deze kopie is het mRNA (messenger of boodschapper RNA). RNA bevat i.p.v. de base thymine (T) uracil (U). Het enkelstrengs mRNA verlaat de kern en gaat naar de ribosomen die op het endoplasmatisch reticulum liggen in het cytoplasma. De ribosomen lezen het mRNA. Aan de mRNA basen kunnen weer andere RNA passen, omdat het enkelstrengs is. Aan een stukje van drie mRNA basen (codon) past een ander stukje RNA, het tRNA (transfer RNA). Dit wordt ook wel het anticodon genoemd. Aan het tRNA zit een aminozuur gekoppeld. Afhankelijk van de code van het mRNA codon wordt bepaald welk aminzuur er aan wordt gekoppeld. Na koppeling laten de aminzuren los. Door een condensatiereactie koppelen de losse aminozuren met elkaar. Het vertalen van RNA naar een eiwit heet translatie. 11. mRNA: messenger of boodschapper RNA. Bevat kopie van DNA-code waarin staat welk eiwit moet worden gemaakt. tRNA: transfer RNA. tRNA brengt een aminozuur naar het aminozuur, waarna het aminozuur loslaat en bindt aan andere aminozuren. 12. Eiwitbiosynthese vindt in de ribosomen plaats. Deze bevinden zich op het endoplasmatisch reticulum (ER) of vrij in het cytoplasma. 13. Bij DNA- modificatie wordt een gewenste eigenschap (lees gen) uit het DNA van een organisme geknipt en in het DNA van een ander organisme geplaatst. Dit gebeurt door middel van recombinant-DNA techniek. Het gewenste gen wordt met behulp van een bacterie of virus in de gastheercel ingebracht en wordt in het DNA van het organisme opgenomen. Het gen komt vervolgens tot expressie en de gewenste eiwitten worden geproduceerd of het organisme vertoont de gewenste eigenschappen. 14. Knipenzymen zijn in staat om op bepaalde plaatsen DNA in stukken te knippen. Tussen de opengeknipte stukken DNA kan dan een gewenst gen van een ander organisme worden geplakt. 15. Plakenzymen plakken de opengeknipte stukken DNA en het ‘vreemde DNA’ weer aan elkaar. Het op deze wijze ontstane DNA wordt recombinant DNA genoemd. 16. Biologische argumenten: bacteriën, virussen en schimmels hebben een relatief eenvoudig genoom (DNA). De positie van de genen is bij veel van deze eenvoudige organismen (n.b. virus is geen organisme) bekend. Daarnaast hebben bacteriën en schimmels een snelle generatietijd. Technologische argumenten: Makkelijk op grote schaal te kweken in bioreactoren of in gastheercellen (virus). DNA is relatief eenvoudig te knippen en plakken. Door snelle generatietijd is het resultaat van een modificatie al snel zichtbaar. Maatschappelijke argumenten: De maatschappij heeft minder moeite met het genetisch modificeren van bacteriën, schimmels en virussen dan dieren en mensen. Ethische argumenten: bacteriën, schimmels behoren tot de lagere levensvormen. ‘Men’ vindt het ethisch verantwoord om deze organismen te modificeren i.p.v. onszelf of dieren. Wat als er iets misgaat bij het modificeren van een mens? Opdracht 8 Slotopdracht en reflectie op samenhang 1. Overeenkomsten: het enzym en het detergent moet goed in het weefsel kunnen doordringen. Het principe van de vlekverwijdering is het losweken van de vlek uit het weefsel door binding van enzymen of detergent moleculen aan de vlek. Verschillen zijn: enzymen verwijderen de vlek door deze beetje bij beetje te verwijderen door vertering. Daarbij ontstaan de verteringsproducten. Detergent moleculen gaan geen reacties met het vet aan, ze binden zich daar alleen maar aan. 2. Voor het aangaan van een chemische reactie moeten de betreffende deeltjes met een voldoende hoge energie op elkaar botsen. Hoe meer botsingen van voldoende hoge energie hoe sneller een reactie verloopt. Het aantal botsingen wordt bepaald door de temperatuur van het mengsel, de concentratie van de bij de reactie betrokken deeltjes en de verdelingsgraad. 3. Een enzym vormt een enzym-substraat complex. Dit moet ruimtelijk precies passen. Het is wel zo dat het enzym ene voldoende hoeveelheid energie moet hebben om zo dicht bij het substraat te kunnen komen dat er binding kan ontstaan. Het is echter niet zo dat het enzym weg kaatst als na een botsing tussen knikkers, als de binding aan het substraat niet heeft NG Module Samenhang Intelligente wasmiddelen

Docentenhandleiding

21

plaatsgevonden. Het is ook niet zo dat de enzymwerking alleen maar toeneemt bij verhoging van temperatuur, bij te hoge temperaturen zal het enzym denatureren. Datzelfde geldt ook voor de concentratie van de bij de reactie betrokken deeltjes. 4. Door het toevoegen van zuurstofbleekmiddelen hoeft de was niet meer na het wassen gebleekt te worden, maar gebeurt dit tijdens het wassen. Door het toevoegen van fosfaten wordt de negatieve invloed van hard water op de zeepwerking teniet gedaan. 5. Synthetische wasmiddelen hebben minder last van kalkrijk water, bij de ontwikkeling van de synthetische middelen is dat een belangrijke ontwerpeis geweest. De toevoeging van enzymen aan het wasmiddel in plaats van tijdens de voorwas is ook een innovatie geweest. Er wordt geweekt op een vernieuwende manier en gewassen tegelijkertijd. 6. Je analyseert de fasen van een product vanaf het ontwerp tot aan de afvalfase. 7. Natuurlijke zeep is beter voor het milieu omdat daarvoor natuurlijke grondstoffen worden gebruikt. Dat argument klopt wel, maar de duurzaamheid van groene zeep wordt door meer factoren bepaald dan alleen door de grondstoffen. Over het geheel gezien is groene zeep volgens de gebruikte criteria minder duurzaam dan synthetische wasmiddelen (het oppervlak binnen het zeepspinnenweb is beduidend kleiner dan het andere oppervlak binnen het spinnenweb. 8. Door het gebruik van synthetische wasmiddelen is het fosfaatgehalte in het oppervlaktewater sterk toegenomen. Dat is lang gedacht maar het is niet juist. In synthetische wasmiddelen zijn nauwelijks fosfaten meer aanwezig, die functie is vervangen door andere ionen. 9. Dat kun je wel zeggen, want door de enzymen worden vlekken veel beter geweekt, waardoor er minder heet, met minder wasmiddel en met minder slijtage van weefsels en wasmachine gewassen hoeft te worden. 10.In theorie zou dat wel kunnen, maar eerst moet je weten wel gedeelte op het DNA denatureert door te hoge temperatuur of pH. Waarschijnlijk gebeurt dat op meerdere plaatsen tegelijk. 11.Eigen antwoord 12.Eigen antwoord 13.Je moet weten hoe een vetmolecuul eruit zien. Je moet ook weten wat voor soort structuur kunststoffen hebben en of daarin een sterke van der Waalsbinding in aanwezig is. 14.Je kunt de werking in zijn geheel overzien, niet alleen maar het biologische of het scheikundige gedeelte. Maatwerk (suggesties voor uitbreiden of inkorten van de opdracht) Opdracht 5 Productanalyse - De opdracht kan worden ingekort door het verdelen van de vragen over de leerlinggroepjes en de antwoorden later aan elkaar uit te wisselen ( via de expertmethode) - Inkorten is ook mogelijk door het productonderzoek te beperken tot een textielsoort. - Uitbreiden is mogelijk door leerlingen in de rol van vertegenwoordigers aan grote klanten (wasserij van een ziekenhuis of verpleegtehuis) te laten uitleggen hoe zeep nu werkt. Opdracht 6 Quick Scan met Ecodesign Strategy Wheel - Inkorten niet gewenst - Uitbreiden is mogelijk door leerlingen gericht informatie over het grootschalige productieproces van zeep maken te laten zoeken. Proef 5 Waswerking met en zonder enzymen - Het is mogelijk, maar niet aan te bevelen, om leerlingen op te dragen om onderzoek te doen volgens een door de docent en TOA omschreven onderzoeksmethode. Eigenlijk zou dat niet meer bij het kennisniveau van een 5 V leerling passen. - Uitbreiden van de opdracht is mogelijk door de aanvullende eis om de nauwkeurigheid van de onderzoeksresultaten te vergroten o.a. door het doen van een bepaling in triplo. Proef 6 Werkingsoptimum enzymen - De opdracht kan worden ingekort door het beperken van het onderzoek tot een of twee bepalingen. Uitbreiden van de opdracht is mogelijk door de aanvullende eis om de nauwkeurigheid van de onderzoeksresultaten te vergroten o.a. door het doen van een bepaling in triplo. Ook kan de concentratie van de oplossingen verder gevarieerd worden.


Docentenhandleiding

22

Opdracht 7 Biosynthese van enzymen - Inkorten van de opdracht kan door leerlingen een of twee bronnen aan te wijzen en hen een voorgeselecteerd aantal animaties laten bekijken. - Uitbreiding van de opdracht kan door aandacht te besteden aan het coderen door tripletten. Ook kan meer aandacht besteed worden aan de ruimtelijke structuur van DNA en de aard van de binding tussen A-T en C-G. Opdracht 8 Slotopdracht en reflectie op samenhang - Het is niet aan te bevelen deze opdracht in te korten. Het leren in samenhang wordt door deze opdracht verder bewust gemaakt. Leerlingen kunnen eventueel een aantal test jezelf vragen opstellen om de verworven scheikundige en biologische kennis te toetsen.


Docentenhandleiding

23

Fase 3 Innovatieve technologieën Doel In deze fase doen leerlingen zelfstandig literatuuronderzoek naar de mogelijkheden van biotechnologie of nanotechnologie voorde innovatie van wasmiddelen. Voorbereiding Aangezien websites dynamisch zijn kunnen links na verloop van tijd niet meer werken. De opgenomen lijst vormen een selectie voor leerlingen om mee te beginnen. Tips voor de begeleiding De opdrachten kunnen naar interesse van de leerlingduo’s verdeeld worden. Werken in trio’s heeft geen meerwaarde boven werken in duo’s, omdat leerlingen met elkaar achter de computer moeten overleggen. Vaak is dat één computer. Aan te bevelen is om tijdens één scheikundeles en één biologieles het computerlokaal of de mediatheek te reserveren om leerlingen te begeleiden bij het selecteren van een aantal kwalitatief goede opdrachten. Daarbij kan de begeleiding verdeeld worden over de biologie- en scheikundedocent. Dit kan worden gekoppeld aan de presentatie en beoordeling tijdens een biologieof scheikundeles. Voorkomen moet worden dat leerlingen te lang blijven zoeken, daarom is aan te bevelen om het aantal bronnen te beperken en een tussenoverleg in te lassen om te bespreken welke informatie en welke bronnen geselecteerd zijn. Van belang is dat leerlingen erop gericht zijn om uit de bronnen over te nemen wat aansluit bij hun geringe voorkennis en dus niet de gehele strekking van het artikel hoeven te doorgronden. Ze kunnen erop gewezen worden dat dergelijke tekstfragmenten i.h.a. in de inleiding of aan het begin van een hoofdstuk staan. Het is dus van belang om goed naar de structuur van een artikel te kijken. Aan de ‘ summary’ mogen hoge eisen gesteld worden qua leesbaarheid, opbouw enz. Dit ondersteunt leerlingen ook om de informatie echt te verwerken in plaats van te knippen en plakken. Als docent bepaalt u zelf in welke fasen en met welke frequentie leerlingen hun voortgang bij deze opdracht aan u voor moeten leggen voor fiattering. Uiteraard is het van belang dat eerst het WAT (de vakinhoud en summary) in proefversie akkoord is bevonden, voor gestart wordt met het voorbereiden van de presentaties op de expert meeting. Voorbeelduitwerkingen Opdracht 9 Innovatieve technologieën 1. Groene biotechnologie is toegepaste biotechnologie voor de productie van voedsel. Rode biotechnologie is toepassing voor de productie van medicijnen. Witte biotechnologie is toepassing van biotechnologie voor de industriële productie van stoffen. 2. Directed evolution, random mutagenese en DNA-shuffling 3. De toegepaste techniek blijft hetzelfde, alleen de producten die ermee geproduceerd worden hebben een verschillende toepassing. 4. Novo Nordisk richt zich specifiek op de biotechnologie voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Voor het ontwikkelen van een nieuw enzym voor een kleurwasmiddel is dezelfde technologie gebruikt, maar het geproduceerde enzym heeft een heel andere toepassing. 5. DNA isoleren, DNA knippen en plakken, DNA-fragmenten scheiden, DNA vermeerderen, DNA kloneren. 6. Door nanocoating kan een weefsel ondoordringbaar worden gemaakt voor water en voor vuil ( lotus-effect) . Of van nanocomposieten iets in de richting van wasmiddelen kan worden verwacht ligt minder in de lijn van verwachtingen. 7. Het ontwikkelen van een nieuw enzym is een optimalisatie van wasmiddelen, omdat al een tiental jaren wasmiddelen met enzymen op de markt zijn. 8. Toepassen van nanotechnologie is een innovatie van wasmiddelen, omdat tot op heden er geen toepassingen van nanotechnologie gericht op wasmiddelen op de markt zijn gebracht. NG Module Samenhang Intelligente wasmiddelen

Docentenhandleiding

24

9. Sleutelbegrippen kunnen zijn: • Nanocoating • Nanocomposieten • Nanodeeltjes • Directed evolution • DNA-shuffling • Random mutagenese • Kloneren van DNA • PCR vermeerdering van DNA Maatwerk (suggesties voor uitbreiden of inkorten van de opdracht) Opdracht 9 Innovatieve technologieën - Overwogen kan worden om de opdrachten over nanotechnologie buiten beschouwing te laten. - In plaats van het eigen literatuuronderzoek kan de docent in collegevorm een inleiding in de biotechnologie en/of nanotechnologie geven. - Voor deze opdracht kan een gastspreker worden uitgenodigd, bijvoorbeeld een student die van de eigen school afkomstig is. Opdracht 10 Biotechnologisch of nanotechnologisch advies - Het aantal onderzoeksgroepjes kan worden beperkt. - De sleutelwoorden uit de nanotechnologie kunnen worden weggelaten - In een scheikundeklas met NG en NT leerlingen kan ervoor worden gekozen om profielverdiepende dan wel profielverbredende sleutelwoorden aan de groepjes toe te kennen. - Het opstellen van de vragen over de onderzochte technologie kan eventueel vervallen.


Docentenhandleiding

25

Fase 4 Expertmeeting Doel Door de presentaties en ‘ summaries’ bouwen alle leerlingen hun kennis over de mogelijkheden van biotechnologische en nanotechnologische technieken uit. Deze kennis passen ze meteen toe bij de afsluitende opdracht over het programma van eisen. Voorbereiding Maak ruim vooraf een duidelijk schema met de volgorde van de presentaties, de drie of vier leerlingen die de presentaties beoordelen en een leerling die invalt als een van de beoordelaars afwezig is. Laat ook voldoende beoordelingsformulieren vermenigvuldigen en snijden. Tips voor de begeleiding Leerlingen kunnen de proefpresentaties buiten de lessen plannen. Groepen met onderwerpen die kunnen overlappen kunnen het beste elkaars proefpresentatie beoordelen en daarna samen afspraken maken over het oplossen van eventuele overlap. Van leerlingen mag een professionele presentatie verwacht worden, die duidelijk diepgang heeft en binnen de 7 minuten gereed is. Per les kunnen vier groepen presenteren. Aan te bevelen is om uitloop niet toe te staan en bij afwezigheid van een leerling of de presentatie toch een presentatie te laten doorgaan. Eventueel kan een aanvulling op de presentatie gegeven worden nadat alle groepen volgens rooster hebben gepresenteerd. Nuttig is om de ‘ summaries’ vooraf te verspreiden en leerlingen op te dragen die als voorbereiding te lezen. Eventueel kunnen twee andere groepen, die in les niet presenteren, worden opgedragen om na afloop vragen te stellen. Bereid zelf ook enige vakinhoudelijk verdiepende vragen voor. In de presentatie moet duidelijk naar voren komen wat het advies is en waarop het is gebaseerd. Omdat dit een wetenschappelijke expertmeeting is en geen publiekspresentatie moet de wijze van presenteren hier ook goed bij passen. Het gaat om de inhoud! Laat de leerlingen aan een jurytafel plaatsnemen als ze aan de beurt zijn voor het beoordelen. Leerlingen willen na hen presentatie graag meteen weten welk cijfer hun leerlingbeoordeling heeft gekregen. Neem daarom na elke presentatie de beoordelingsformulieren meteen in. Als leerlingen geen ervaring hebben met het opstellen van een programma van eisen kunnen ze de opdracht eerst toepassen op een bestaand product bijvoorbeeld zonnemelk met nanodeeltjes, caravanshampoo met lotus-effect, zelfbruinende creme etc. Het is erg belangrijk dat leerlingen bij het programma van eisen eerst zelf zeven tot tien eisen formuleren, voor ze in de werkgroep uitdiscussiëren welke eisen het belangrijkste zijn en waarom. Bij de slotopdracht kunnen groepjes de opgestelde programma’s van eisen uitwisselen voor wederzijdse controle op toetsbaarheid. De rapportage kan ook bestaan uit het ophangen van de formulieren en het kiezen van het beste programma. Binnen de context van de module kan de opdrachtgever (de wasmiddelenfabrikant) dit adviesbureau de vervolgopdracht verlenen. Voor de slotopdracht kunnen willekeurig samengestelde groepjes worden ingezet of juist de groepjes die in de vorige opdracht hebben samengewerkt. Voor de verbreding van de opgedane kennis is het aan te bevelen om leerlingen juist niet met de groep van de vorige opdracht te laten werken.

Maatwerk (suggesties voor uitbreiden of inkorten van de opdracht) Opdracht 12 Expert meeting - Het is het overwegen waard om voor de expertmeeting en presentaties een projectmiddag in te plannen. Dan kunnen enkele collega-vakdocenten worden ingeschakeld voor het inhoudelijk beoordelen van de presentaties. - Voor het beoordelen van de presentatievaardigheden kan ook de docent Nederlands worden gevraagd om mee te beoordelen. -


Docentenhandleiding

26

Fase 5 Evaluatie Doel In deze fase vatten leerlingen de opgedane vakinhoudelijke kennis samen. Ook gaan ze na wat eventueel nog verheldering vergt.

Tips voor de begeleiding Voor het bewaken van de diepgang en het ondersteunen van leerlingen bij de toetsvoorbereiding is een overzicht van wat leerlingen moeten kennen, kunnen en berekenen nuttig. Dit kan per fase door de docent worden opgesteld. Aan de hand van zo’n lijst kunnen leerlingen hun eigen samenvatting maken. Het is belangrijk dat u de verantwoordelijkheid voor een goede toetsvoorbereiding bij de leerlingen legt. Aspecten die tijdens de nabesprekingen of presentaties misschien nog niet volledig uit de verf zijn gekomen kunnen bij de vakinhoudelijke terugblik voor de toetsvoorbereiding opnieuw aan de orde komen. Leerlingen kunnen ook vragen stellen voor het opnieuw doornemen van vakinhoudelijke leerstof. Het onder woorden brengen van ervaringen bij het leren op metaniveau is voor leerlingen vaak lastig. De reflectieopdrachten dwingen leerlingen om een aantal verschillende aspecten van samenhang onder ogen te zien en te vergelijken met hun persoonlijke ervaringen. Het is niet nodig om alles klassikaal te bespreken. Deels kunnen opdrachten in tweetallen of viertallen met elkaar worden uitgewisseld. De bedoeling is om de reflectie op samenhang voor de toets te plannen, zodat leelringen bij het leren voor de toets van de gemeenschappelijke ervaringen en conclusies daarover kunnen profiteren.


Docentenhandleiding

27

Bijlage 1 Aansluiting examenprogramma’s Aansluiting op examenprogramma Nieuwe Scheikunde • E3 Biotechnologie E3 • F2 Ontwerpstrategie F2 • F3 Industriële spin off F3 • G1 Duurzaamheidsanalyse • G2 Integraal ketenbeheer Deze subdomeinen zijn allemaal voor het schoolexamen

Aansluiting op examenprogramma Nieuwe Biologie (versie juni 2009) Domein B1 Biologische eenheid • B1.1 Biologische eenheid DNA (schoolexamen) • B1.4 Biologische eenheid virus (schoolexamen) Domein B2 Zelfregulatie/zelforganisatie • B2.5 Duurzame ontwikkeling Domein B3 Interactie • B3.4 Interactie met a-biotische factoren (schoolexamen) Domein B4 Reproductie schoolexamen • B4.1 DNA-replicatie (centraal examen) Domein B5 Evolutie • B5.1 Mutatie en recombinatie (centraal examen) NB Het begrip biotechnologie ontbreekt in het examenprogramma nieuwe biologie. Het examenprogramma bevat alleen biologische concepten. Toepassingen van deze concepten in de context van biologische technieken voor de industriële productie van stoffen valt volgens sommige biologen eigenlijk buiten de biologie. Gebruik van dergelijke contexten voor het inoefenen en verbreden van de biologische concepten is in het biologieonderwijs sterk aan te bevelen.


Docentenhandleiding

28

Bijlage 2 Overwegingen bij het ontwerp van deze module Deze module biedt scholen 1. een voorbeeld van de toepassing van technisch ontwerpen bij biologie en scheikunde 2. binnen het huidige scheikunde- en biologieprogramma: ervaring opdoen met nieuwe subdomeinen in het SE programma 3. binnen examenpilot nieuwe scheikunde, nieuwe biologie en multipilots: een uitwerking van subdomeinen waar nog geen voorbeeldmateriaal voor is Praktische overwegingen 1. Vanaf 2007 is biologie en scheikunde verplicht in het NG profiel. Een module gericht op het versterken van de samenhang moet dus gaan over een thema dat voor leerlingen aanleiding vormt om zich een substantieel deel van de scheikundige en biologische vakinhoud eigen te maken. 2. Bij de uitwerking van het thema moeten leerlingen vakbegrippen en vakvaardigheden toepassen uit de scheikunde en biologie. 3. De noodzakelijke vakbegrippen en vakvaardigheden moeten voortkomen uit en gekoppeld kunnen worden aan de kern van het vak (kernconcepten). Dit is nodig om de module robuust te maken. Het gaat over de vakbegrippen uit de basis van de vakken biologie en scheikunde, die deels al zijn verworven in de onderbouw. Dat is noodzakelijk om in hun schoolleerplan voor biologie en scheikunde, een substantieel deel van de studielast te willen besteden aan de module. Het is ook noodzakelijk voor leerlingen, want het gaat over vakkennis, vakinhoud. 4. De samenhang zit met name in de vakinhoudelijke aansluiting (kennis van biologie voor scheikunde en kennis van scheikunde voor biologie). Er is ook samenhang in het gebruik van gemeenschappelijke vakbegrippen in de twee natuurwetenschappelijke vakken. Bovendien is er samenhang in de gemeenschappelijke aanpak van kennisontwikkeling op basis van natuurwetenschappelijk onderzoek. 5. Vorm volgt functie: de structurering van de module vloeit voort uit het vakinhoudelijke leertraject, dus eerst vakinhoudelijke verdieping waarna steeds de samenhang wordt aangeduid.. 6. Uitbouw naar andere vakken is mogelijk, suggesties daarvoor kunnen zijn ANW, economie, NLT Organisatorische overwegingen 1. De module moet binnen één periode kunnen worden uitgevoerd, dus maximaal 8 weken. 2. In de lesplanning wordt uitgegaan van gewone lesuren in leerjaar 5 (50 min): biologie 1 les en scheikunde 2 lessen per week. 3. De omvang van de module moet aangepast kunnen worden aan een krappere of ruimere planning. Dit zonder groet gevolgen voor de structuur en diepgang. 4. In de geplande lessen is een praktijklokaal en TOA assistentie voor de proeven of het onderzoek beschikbaar. Voor het literatuuronderzoek kunnen leerlingen enkele lessen m.b.v. computers werken onder begeleiding van de vakdocent in computerlokaal of mediatheek. 5. De module omvat leerstofinstructie door de docent, leerstofverwerking door leerlingen, praktisch werk (illustratief practicum en onderzoek), eigen literatuuronderzoek, presentaties en toetsvoorbereiding. 6. Beoordeling van de module door middel van een kennistoets (kennen en kunnen is omschreven) en een beoordeling van het eigen onderzoek inclusief een passende presentatie. 7. Een deel van de leerstofverwerking vindt zelfstandig plaats buiten de lesuren (ongeveer 60% contacttijd en 40% zelfwerktijd) 8. Voor NT-leerlingen zonder biologie kan het biologische deel van de module worden gepland als ANW. 9. De module kan ook worden ingepland als samenhangende scheikunde, biologie en ANWmodule. 10. Het leerlingmateriaal moet door de vakdocent verder worden aangevuld met verwijzing naar de pagina’s uit de gebruikte lesmethoden, de gekozen practica, de definitieve lesplanning


Docentenhandleiding

29

Bijlage 3 Samenhang in soorten Als het gaat om samenhang is het noodzakelijk te formuleren welk soort samenhang. Deze module is allereerst gebaseerd op contextuele samenhang. Het thema en de gemeenschappelijke vraagstelling dwingen zowel een verdieping in biologische als in scheikundige vakinhoud af. Daarnaast is er een sterke vakinhoudelijke samenhang: in biologie en scheikunde worden dezelfde vakbegrippen gebruikt. De module kent ook een samenhang in schaalgrootte. Op de schaalgrootte van macromoleculen en enzymen vinden processen plaats en ook op de moleculaire en atomaire schaalgrootte. De schaalgrootte van de systeemniveaus van biologie: biosfeer, organisme en molecuul sluit aan op de scheikundige schaalgrootte: micellen, moleculen en atomen. Qua opbouw en structuur is er in deze module een duidelijke samenhang in wijze van leren: experimenten EN leerboek, externe bronnen en experts binnen de klas. Tot slot is er


Docentenhandleiding

Intelligente wasmiddelen

Recommend Documents