Leerkrachtgids Onderzoekend leren met chemie. Voorbeeldles voor onderzoek naar smeermiddelen

Leerkrachtgids Onderzoekend leren met chemie Voorbeeldles voor onderzoek naar smeermiddelen

Voorwoord Alsjeblieft! Een lespakket over chemie. We hopen dat je met dit pakket een leuke les over chemie kunt geven in je klas. We kunnen ons voorstellen dat je wellicht niet meteen weet hoe je dit moet aanpakken. Daarom hebben we dit boekje voor je samengesteld. Je vindt in dit boekje: 1. Een introductie over chemie 2. Een introductie over onderzoekend leren 3. Een voorbeeldles over smeermiddelen 4. Achtergrond over de chemie achter smeermiddelen Een checklist voor een gesmeerde les vind je op de achterkant van dit boekje. C3 hoort graag over je ervaringen met de les. Stuur je ervaringen naar Florien de Brouwer ([email protected]). Ook met vragen en opmerkingen kun je bij haar terecht. C3 wenst je veel plezier met het voorbereiden en geven van de les. Veel succes!

Colofon ‘Hoe geef ik een gesmeerde les over chemie’ is een uitgave van

Ontwikkeling: Stichting C3, Marijn Meijer en Florien de Brouwer Ontwerp: Ori Ginale, Marc de Boer Mede mogelijk gemaakt door: Exxon Mobil

Uiteraard is door C3 veel zorg besteed aan dit boekje. De stichting C3 aanvaardt echter geen aansprakelijkheid voor schade die eventueel is ontstaan bij het geven van de les. © Stichting C3, Florien de Brouwer, 2013

Chemie? Onderzoekend leren

Chemie houdt zich bezig met het maken, onderzoeken, ontwerpen en analyseren van materialen. Bijvoorbeeld glas uit zand maken, nieuwe medicijnen onderzoeken, nieuwe kunststoffen ontwerpen voor kogelvrije vesten of de werking van smeermiddelen (zoals motorolie of fietssmeer) analyseren.

Kinderen zijn geboren onderzoekers, zeker kleine kinderen ontdekken zo de wereld om zich heen. Onderzoeken heeft tot doel om de wereld om je heen te begrijpen of er meer van te leren. Ontwerpen heeft tot doel om iets te maken of te verbeteren. Zowel onderzoeken als ontwerpen zijn natuurlijke (intuïtieve) werkwijzen om wetenschap en technologie te bedrijven.

Chemici maken materialen door te ‘sleutelen’ aan kleine deeltjes waaruit een materiaal opgebouwd is. Soms zijn dat moleculen, soms andere deeltjes. Al die deeltjes zijn opgebouwd uit atomen. Er zijn 92 verschillende atomen. Chemici zijn tegenwoordig in staat elk atoom op de gewenste plek neer te zetten en proberen op die manier nieuwe materialen met nieuwe eigenschappen te ontwerpen. Maar chemie is meer dan ‘deeltjes van atomen’ construeren. Het ‘construeren’ kan ook door chemische reacties. Deeltjes laten botsen en dan voorspellen of onderzoeken wat er is gebeurd. Chemie, ook wel scheikunde genoemd, is een onderdeel van wetenschap en techniek of wereldoriëntatie. Door les te geven over chemie werk je aan kerndoelen 42, 44 en 45.

Onderzoekend leren gaat over de vragen: ‘waarom is dat zo?’ en ‘Hoe zit dit?’ Ontwerpend leren gaat over de vragen: ‘Hoe maak je dat?’ en ‘Hoe kan ik dit verbeteren?’ Door in te spelen op de onderzoekende houding van kinderen laat je ze zelf eigenaar zijn van hun leerproces en leren ze spelenderwijs allerlei hogere ordevaardigheden zoals problemen oplossen, analyseren, reflecteren en worden ze uitgedaagd om creatief en ondernemend te zijn. Kinderen stellen zichzelf en de leerkracht heel veel vragen tijdens dit proces (zie het overzicht ‘stappen in onderzoekend leren’). Maar als kinderen de vraag stellen ‘Is het zo goed?’, is dat een teken dat ze niet onderzoekend of ontwerpend leren.

3

De volgende stappen in onderzoekend leren zijn te onderscheiden (bronnen: Peeters, Meijer en Verhoeff (2013) ‘wetenschappelijke doorbraken de klas in’, Radboud Universiteit Nijmegen; Van Keulen & Y. Sol (2012). Talent ontwikkelen met wetenschap en techniek. Universiteit Utrecht.), waarbij bepaalde vragen te stellen zijn:

JkXgg\e`efe[\iqf\b\e[c\i\e

I\c\mXek\miX^\e

@ekif[lZk`\mXe_\kgifYc\\d

_Ð#_f\q`k[Xk\`^\ec`ab 6 NXXifdn\ibk[`k6 NXXifdqfl[`kqfq`ae6

M\ib\ee\egifYc\\d[l`[\c`ab\imXjkjk\cc\e\e _pgfk_\j\]fidlc\i\e

NXkn`cc\en\n\k\e6 NXk`j_\kgifYc\\d6 ?f\[\eb\en\[Xk_\kq`k6?f\q`k_\k[Xed\kŸ6 ?f\[\eb[Xka\[Xk_\kq`k6 NXkm\inXZ_ka\6

Fgq\kk\efe[\iqf\bk\jkj`klXk`\fekn\ig\e

?f\^Xa\fe[\iqf\b\ef][Xkbcfgk6 NXk[\eba\[Xka\bXek\jk\e6 ?f\n`ca\[XXiXZ_k\ibfd\e6 NXk_\Ya\[XXiY`aef[`^6

L`kmf\i\efe[\iqf\b[XkXm\iqXd\c\emXjk$ c\^^\e

NXke\\da\nXXi6 NXk`j\i^\Y\li[6 NXk^\Y\li[\\i_\k\\ijk6 NXk`j_\km\ijZ_`c6 @j[`kXe[\ijf]e`\k6 NXk`j_\ki\jlckXXk6

:feZcl[\i\e\mXcl\i\e#_pgfk_\j\kf\kj\e

@j[`knXka\_X[m\inXZ_k6 @j[`kXck`a[qf6 NXXifd`j[`kqf6 ?f\bXea\[XkY\n`aq\e6 ?f\q\b\in\\ka\[`k6 NXkqfl\i^\Y\li\eXcja\ŸmXi`\\ik6

Gi\j\ek\i\e\efgjZ_i`am\emXe[\l`kbfdjk\e

4

De les: Smering, is dat smerig? Introductie: Aardolie: de basis

Voorbeeldles smering Handleiding voor de leerkracht

Veel chemische producten worden gemaakt uit aardolie. Dat zou je misschien niet verwachten, maar plastic, medicijnen en verzorgingsproducten zoals shampoo en haargel worden gemaakt uit aardolie. Aardolie wordt uit de grond gehaald, waarna het wordt gesplitst in verschillende porties en er onder andere benzine, plastics en medicijnen uit gemaakt.

Inleiding smeren Smeren zorgt ervoor dat alles gemakkelijker langs elkaar beweegt, liefst zonder horten en stoten, gewoon soepel. De materialen die gebruikt worden bij het smeren zijn meestal vetten of oliën. Maar waarom juist deze groep materialen? Ze hebben een hoge viscositeit (hoge afschuifkracht mogelijk, hoog kookpunt en moeilijk indrukbaar).

Olie en vet Aardolie is een olie. Andere oliën komen vaak direct uit plantenzaden zoals bijvoorbeeld uit zonnebloempitten, olijven of pinda’s. Al deze oliën horen chemisch gezien bij de vetten. Oliën zijn bij kamertemperatuur meestal vloeibaar, vetten zijn dan vast. Vetten komen voor in bijvoorbeeld boter, of lichaamsvet.

Tips bij inleiding: • Werk in groepen van max 4. • Probeer de eerste experimenten te combineren met schattings- en rekenopdrachten. • Experimenten 1-3 kunnen gebruikt worden als hintstips om zelf het onderzoek op te zetten. Verwijs ernaar. • Bespreek eventueel de antwoorden van de vragen.

Toepassingen van oliën en vetten • Vetten vormen een van de vier hoofdbestanddelen van je voeding, naast koolhydraten, mineralen en eiwitten. Vetten bevatten hiervan de meeste energie en zijn een bewaarplaats/oplosmiddel voor vetoplosbare vitamines zoals A, D, E en K, maar ook cholesterol. Vetten vormen de wanden van je cellen en zijn dus ook als bouwstof erg belangrijk. • Vetten dienen als grondstof voor zepen. • Vetten worden gebruikt als smeermiddel voor bewegende delen van apparaten zoals assen in de fiets en trein of bij ski’s.

Tips bij Praktijkprobleem: • Probeer niet de leiding over te nemen van de groep, maar stel steeds vragen (zie de tabel). • Bespreek eventueel de antwoorden van de vragen in groepsverband. Elke groep heeft immers een ander onderzoek. • Combineer de antwoorden met rekenen en/of taalverwerving. • Een onderzoeksvraag bevat altijd iets dat je varieert dat een bepaald effect heeft op iets anders. al het andere blijft constant. vb. wat is het effect van de temperatuur (variabele) op de stroperigheid (waarop het van invloed is) van olijfolie (toevoeging maakt het specifiek).

Eigenschappen van oliën en vetten Afhankelijk van de eigenschappen van het vet gebruik je het voor verschillende toepassingen. Vetten in voedsel mogen niet giftig zijn. Smeerolien moeten bijvoorbeeld de wrijving tussen de bewegende delen verkleinen en langdurig bruikbaar zijn. Onderzoek in je les bijvoorbeeld eens de eigenschappen van verschillende vetten. Een lesje chemie in de techniek!

Chemiebedrijf in de buurt Neem met je klas ook eens een kijkje bij een chemiebedrijf in de buurt. Die chemiebedrijven maken van alles. Ze raffineren bijvoorbeeld olie, ze maken bioplastic (plastic op basis van natuurlijke grondstoffen), geur- en smaakstoffen, (ingrediënten voor) voedingsmiddelen, medicijnen, of halfgeleiders voor pc’s en tablets. Allemaal productieprocessen waarbij chemie komt kijken. Zin in zo’n bedrijfsbezoek? Laat je inspireren door de logo’s op achterste pagina van de proevenwaaier.

5

Smeren? Smeer ‘m! Smeren dat doe je op je boterham. Maar smeren gebeurt ook bij alles wat moet bewegen: auto’s, fietsen, treinen, ski’s: alles wat draait of schuift, dat moet gesmeerd worden. Of je nu op de fiets, scooter of auto zit, dankzij de smering kan je vooruit komen. De wielen draaien in lagers en het stuur van je fiets kan ook draaien. Zelfs de ketting, tandwielen en de versnellingen doen het niet zonder smering. Probeer het zelf eens uit:

Wrijf eens langs een muur of over de tafel. Doe dat eens één keer en nu snel drie keer achter elkaar? Wat neem je waar of voel je? En wrijf ook eens je hand over je broek. Is er een verschil tussen het wrijven op een tafel of een broek?

Pak eens een bezemsteel stevig vast. Vraag iemand anders om de bezem rond te draaien. Wat neem je waar? En als je boter aan je handen smeert en dan de draaiende steel vast pakt?

Pak eens een blokje hout en schuif dat over een tafel. Hoever kom je? En als je er een tweede blok hout boven op legt of iets zwaars er op legt? Wat neem je waar? En wat gebeurt er als je het blokje insmeert met olie? En het blokje met iets zwaars erop?

• Waarom is het smeren van bewegende, draaiende of schuivende delen nodig? • Waarom kan het schuiven over elkaar niet zonder smering? • Heb je ook smering in je gewrichten? • Welke vragen kan jij nog bedenken? Heb je daar ook antwoord op?

6

Praktijkprobleem Het is 9 uur ‘s avonds, als Aart Peijper, een kermisexploitant, iets merkt aan zijn draaimolen. Er komt rook uit, het begint te piepen, knarsen en het stinkt heel erg. Hij gaat op onderzoek uit en ziet dat zijn onderste lager, daar waar de as van zijn draaimolen in draait, de bron is van het geluid, de rook en de stank. Dankzij jarenlange ervaring denkt hij: dat moet gesmeerd worden, maar met wat? Welk materiaal is geschikt als smeermiddel in zijn draaimolen? Aart weet wel dat het smeren belangrijk is omdat het dan niet stroef loopt, maar dat het wel eens warm zou kunnen worden. In zijn wagen en de kermisattractie heeft hij de volgende materialen gevonden water, boter, fietsspray, fietsolie, vet, vaseline, zonnebloemolie en kruipolie. Maar wellicht hebben zijn mede-exploitanten nog meer mogelijke materialen die als smeermiddel kunnen dienen.

Wat wil je weten? Welke vraag ga je nu beantwoorden zodat je een goed advies aan Aart Peijper, de kermisexploitant, kan geven?

Hoe denk je dat het zit? Wat voorspel je dat er gaat gebeuren? Wat is je antwoord op je vraag? Formuleer je voorspelling volgens: ‘als er ... gebeurt dan is .... het gevolg’.

Hoe ga je onderzoeken of dat klopt? Nu komt het doen-gedeelte, omdat goed te doen kunnen onderstaande vragen je helpen: Wat moet je meten? Schrijf in enkele zinnen op wat je moet doen en hoe je dat gaat doen.

Hoe ziet de opstelling eruit?

Wat heb je nodig?

7

Het onderzoek uitvoeren! Voer je onderzoek uit zoals je hebt opgeschreven. Als er toch nog iets verandert moet worden waardoor je onderzoek beter verloopt pas dan je beschrijving dan aan!

Wat is het resultaat? Beschrijf wat je ziet of ruikt. Wat neem je waar? Zet nu op een overzichtelijke manier je metingen in een tabel of in een grafiek.

Welk verband kan je leggen tussen datgene dat je varieert en wilt weten.

8

Is dat wat je had verwacht? Kijk nu eens terug naar je verwachte antwoord op je vraag. Klopt je verwachting met je gemeten verband? Zo ja mooi, zo nee, wat is er aan de hand volgens jou? Wat zou een mogelijke verklaring kunnen zijn? Geef een antwoord op de vraag van Aart Peijper.

Zijn er nieuwe vragen die nu bij je opkomen?

Reflectie op de gehele activiteit Je hebt nu net een onderzoekje gedaan hoe je Aart Peijper kunt helpen. Leg uit hoe je je onderzoek hebt gedaan om die vraag te beantwoorden? Wat kun je de volgende keer beter doen?

Presenteren Presenteer jouw oplossing, en vertel hoe je weet dat je oplossing een goede oplossing is voor dit probleem.

Meer ... Wat heb je waargenomen, gezien of gemeten, waar je nog meer over wilt weten?

9

Mogelijk onderzoek met antwoorden: Wat wil je weten? Hoever kan een zwaar blok hout glijden over een oppervlak dat ingewreven is met verschillende soorten oliën? Hoe denk je dat het zit? Als ik dikke olie gebruik, dan glijdt het blokje verder (Dik = stroperiger of minder visceus)

Hoe ga je onderzoeken of dat klopt? Ik moet de lengte meten hoever het blokje glijdt. Ik gebruik een meetlint hiervoor. Ik gebruik olijfolie, boter, fietsolie en lampenolie. Ik gebruik steeds hetzelfde blokje. Ik smeer steeds dezelfde hoeveelheid olie op de tafel [plastic of alufolie]. Ik stoot het blokje met steeds dezelfde duw weg door de olie.

Hoe ziet de opstelling eruit? Wat heb je nodig? • Tafelblad bedekt met alufolie of plastic blokje dat kan glijden. • Verschillende oliën

Het onderzoek uitvoeren! Je moet maar een beetje olie gebruiken! Eerst oefenen met duwen zodat er weinig verschil is in het blokje duwen. Het blokje moet je bedekken met plastic, anders trekt de olie erin.

Wat is het resultaat? Olie is glad. Het blokje glijdt over de tafel. Als er folie ligt gaat dat beter dan met plastic. Lampenolie is dunner dan fietsolie.de fietsolie verdwijnt in het hout, de lampenolie blijft aan het blokje hangen.

vloeistof Fietsolie Olijfolie Boter lampenolie

Lengte [cm] 15 14 5 16

Het blokje komt het verst bij lampenolie en helemaal niet ver bij boter.

Is dat wat je had verwacht? We hebben een blokje hout laten glijden over de tafel. We hebben gemeten hoever dat blokje kwam als je het een zet gaf. Olie en andere stoffen zorgden ervoor dat het glijden beter ging. De verwachting was dat dikke olie zorgt voor beter glijden. Dat is niet gebeurt. De verwachting klopt niet. Er is geen glijlaagje bij fietsolie, waardoor het blokje minder ver komt. Plastic is stroever dan alufolie, daardoor moesten we een ander materiaal kiezen. Het blokje glijdt het best bij lampenolie. Ik zou Aart adviseren om lampenolie te gebruiken, alleen als zijn draaimolen van metaal is. Is die van hout dan zou ik boter nemen.

Reflectie en nieuwe vragen We moeten rekening houden met de hoeveelheid olie, en het spatten. Meer typen olie gebruiken en geen houten blokje want de olie trekt erin. De draaimolen is van metaal, geldt dan ook dat olie in het metaal gaat zitten? Als je de olie warmer maakt, komt het blokje dan verder?

10

Checklist voor een gesmeerde les over chemie r Heb je de voorbeeldles doorgenomen en aangepast naar eigen wensen? r Heb je alle experimenten zelf uitgeprobeerd? Kijk voor tips over veiligheid op r www.expeditionchemistry.nl bij Proeven. r Zijn er voldoende materialen voor de experimenten? r Zitten er duidelijke etiketten op alle potjes en flesjes? r Heb je voldoende werkbladen gekopieerd uit dit lesboekje? r Heb je C3-proevenwaaiers om uit te delen? Deze zijn gratis aan te vragen op r onderwijsmiddelen.C3.nl C3 wenst je veel plezier en succes met het geven van een chemieles!