NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE ONDERBOUW

NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE ONDERBOUW EEN CURSUS OVER VAK EN DIDACTIEK VOOR FYSICI EN CHEMICI VOORJAAR 2002

ROEL SCHEEPENS EN FRANS ARNOLD

NASK

Opdracht I

I. ORIENTATIE OP DE ONDERBOUW: KERNDOELEN EN PRECONCEPTEN. I -1. Kennismaking Over de basisvorming is in de jaren voorafgaande aan de invoering in 1993 en ook daarna, veel geschreven en gesproken. Er is ook een geschiedenis aan voorafgegaan, die teruggaat tot de late jaren '60, al kort na de vorige grote verandering van het voortgezet onderwijs, die terecht de naam Mammoetwet had gekregen. Op grond van voorbeelden uit voornamelijk socialistisch georiënteerde landen, vooral Zweden, streefden veel politici en onderwijsmensen de zogenaamde Middenschool na, waarin kinderen uit alle lagen van de bevolking en van verschillende begaafdheden samen onderwijs zouden genieten. Het is slechts gekomen tot enkele experimenten, maar de idealen bleven. Controverses waren er in de politiek zowel als in onderwijsland. Uiteindelijk is,(nadat gidsland Zweden de middenschool al had vervangen) als compromis de Basisvorming tot stand gekomen. Voor ons is nu van belang, dat er een nieuw vak Natuur- en scheikunde is gekomen, waarvan de inhoud werd vastgelegd in de zogenaamde Kerndoelen. Verder is belangrijk, dat zowel docenten natuurkunde als hun collegae met een bevoegdheid voor scheikunde, dit nieuwe vak mogen geven. We moeten er in onze opleiding dus aandacht aan besteden. Die aandacht betreft verschillende facetten: - Het eerste waaraan we denken is de vakinhoud; staan we genoeg boven de stof uit de kerndoelen om het onderwijzen met vertrouwen tegemoet te zien? Fysici, kennen jullie je chemie? Chemici, hoe staat het met jullie natuurkunde? - Belangrijker is misschien nog wel de doelgroep; zijn we op de hoogte van de verschillen tussen de leerlingen van 2 vwo en 2 mavo? Weten we hoe die leerlingen denken? - Verder willen we kijken naar nieuwe middelen om leerlingen te activeren, te interesseren en te laten zien waartoe ze in staat zijn. Dat vereist aandacht voor werkvormen, media en toetsvormen. Ten dele komen deze zaken ook in blok 2 aan de orde, maar de meer specifieke behandelen we hier. Opdracht I-1: Raadpleeg de Internetpagina van het Ministerie van OCW: www.minocw.nl Daar staan de wetten, de kerndoelen voor de basisvorming, de bevoegdheidsregelingen, examenregelgeving en veel meer. Lees ook de bijlage “Natuur- en scheikunde in de basisvorming, evaluatie van de eerste vijf jaar”, over de evaluatie door de Inspectie.

I – 2. De Kerndoelen De kerndoelen zijn als bijlage beschikbaar. Ze omvatten een algemeen deel, waarin de beoogde bijdrage staat van het vak voor de algemene onderwijsdoelen en aan de natuurwetenschappen in het algemeen, en zeven rubrieken uit de natuur- en scheikunde.

Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 1

NASK

Opdracht I

I – 2.1 Verkenning Opdracht I-2.1: Kijk in de kerndoelen naar de onderwerpen uit het vak waarin je niet bent afgestudeerd. Maak een overzicht met drie kolommen: a. Snap ik goed en kan ik ook wel uitleggen. b. Snap ik wel maar uitleggen is minder zeker. c. Daarover moet ik eerst zelf nog leren. Opdracht I-2.2: Stel dat jij aan jouw leerlingen na de BAVO zou vragen: "Wat is scheikunde?" Wat zou je dan willen horen? En als je antwoord verwacht op de vraag: "Wat is natuurkunde?"

I – 2.2 Kerndoelen en Tweede Fase De kerndoelen waren bedoeld voor alle leerlingen, ongeacht hun verdere traject. Maar kunnen leerlingen die naar 4 HAVO of 4 VWO gaan instappen op het niveau dat nodig is om vervolgens in 2 repect. 3 jaar examen te kunnen doen? Het antwoord luidt: voor het VMBO is de stof uit de basisvorming wel genoeg. Voor VWO en HAVO ligt de zaak anders. Er is m.b.t. scheikunde duidelijk een gat: zowel kwalitatief als kwantitatief moet er na de kerndoelen nog veel gebeuren. Dat wordt pijnlijk duidelijk als we het niveau van de boeken voor de vierde klassen zien. Voor de natuurkunde lijke alle essentiële onderwerpen aan bod te komen, maar kwalitatief bieden de kerndoelen absoluut geen aansluiting. Opdracht I-2.3: Wat mis je voor de natuurkunde in kwantiteit, wat in kwaliteit? Opdracht I-2.4: Hoe zit dat voor scheikunde?

1 – 3. Vergelijking van lesmethoden NaSk voor de BAVO De LIO's Natuurkunde en Scheikunde vormen de ideale vaksectie NaSk van een school. De sectie heeft besloten alle aangeboden lesmethode voor het vak te bekijken om tot een keuze te komen voor de komende vijf jaar. (Zo lang moet de methode namelijk in het boekenfonds blijven.)

I – 3.1 De nu verkrijgbare methoden: (ontleend aan de NICL Overzichten 1999, uitgave SLO) BANAS, basisvorming natuur- en scheikunde. Crommentuijn c.s., Educatief Uitgeverij. DBK-NA, Natuur- en scheikunde. Vereniging DBK-Natuurwetenschappen, Malmberg. DIREKT, Arens c.s., Wolters-Noordhoff. INTERACTIEF, PLON-vereniging, Thieme. NATUUR- EN SCHEIKUNDE OVERAL, Hogenbirk c.s., Educatieve Partners Nederland. Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 2

NASK

Opdracht I

NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE BASISVORMING, BAVO-werkgroep, KUN. NOVA: NATUUR-/SCHEIKUNDE VOOR DE BASISVORMING, Smits c.s., Malmberg. NU VOOR STRAKS; NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR BASISVORMING (2e Editie) , de Jonge c.s. Thieme/Visiria. SCAN: NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE BASISVORMING, te Brinke c.s., Wolters-Noordhoff. I-3.1: Hoe houd je bij wat er op de markt verschijnt? I-3.2: Verdeel de werkzaamheden voorhet bestuderen van de methoden zo, dat ieder een behapbare taak heeft, en er wel gedeelde deskundigheid ontstaat. I-3.3: Bekijk gezamenlijk de onderstaande criteria op volledigheid;vul eventueel aan. Overleg over het gewicht dat je aan elk van de criteria toekent. Breng de gegevens onder in een tabel.

I – 3.2 Criteria. 1. Geldigheid. - draagt de methode bij aan de algemene onderwijsdoelen voor de BAVO? - voldoet de methode aan de kerndoelen voor de BAVO? - wordt "het gat" naar 4 vwo en 4 havo gedicht? - is het onderscheid tussen BAVO en aanvulling duidelijk? 2. Structuur van de stof. - in welke volgorde wordt de leerstof behandeld? Is deze volgorde logisch? - welke logoca kun jij zien? Wat vind je ervan? - hoe worden de begrippen in het algemeen geïntroduceerd? 3. Relatie tussen experiment en theorie. - worden experimenten gebruikt ter illustratie van eerder gegeven theorie/ - dienen experimenten en waarnemingen ter voorbereiding van de theorie? 4. Karakterisering van de onderwijsstrategie. - wordt de leerstof overgedragen of worden leerlingen geleid om zelf te ontdekken? - is er ruimte voor eigen inbreng van de leerlingen? - zijn er uitgewerkte samenvattingen, of zijn er aanwijzingen om die te maken? 5. Rol van modellen. - wordt een model gebruikt els een versimpelde weergave van de werkelijkheid, of - wordt een model geconstrueerd naar aanleiding van waarnemingen? - besteedt het boek expliciet aandacht aan het modelbegrip? 6. Doet de methode recht aan (de) verschillende interessen en behoeften van jongens en meisjes? We kijken naar minstens twee aspecten. (Er mag meer) - voorspel de verhouding tussen het aantal mannen en vrouwen op de illustraties van pag. 100 t/m 150. Klopt je voorspelling? - welke rol hebben dingen en welke rol mensen? Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 3

NASK

Opdracht I

7. De logistiek bij de methode: kun je ermee uit de voeten? - hoe organiseer je de les? - wat moeten de leerlingen per lesuur doen? - zijn er genoeg oefeningen? - zijn er genoeg practica? - hoe controleer je de vorderingen? - is er een docentenhandleiding? - enzovoort. 8. Totaaloordeel. - is het een fijn boek? Waarop berust jouw oordeel? - waar zitten problemen? Wat zijn de problemen? 4. Hoe komt de uiteindelijke keuze tot stand?

I – 4. Preconcepten I – 4.1 ACTIVITEITEN 1. kennismaken met leerlingdenkbeelden 2. leren wat het belang is van kennis daarover 3. leren hoe je daarover te weten komt 4. leren hoe je daarmee kunt omgaan. Boven dit lijstje staat het woord ‘activiteiten’ en niet ‘doelen’. Als je zou willen formuleren in termen van doelen, zou je zoiets moeten schrijven als: Een houding ontwikkelen waarbij op basis van constructivistische denkbeelden over leren en onderwijzen naar leerlingen wordt geluisterd en met hen gesproken. Een opmerking over de opdrachten in dit hoofdstuk: In dit hoofdstuk proberen we de opdrachten zo te formuleren, dat je kunt controleren of je de informatie die wordt aangeboden productief gebruikt. Zie die opdrachten maar als een hulpmiddel, en niet als een verplichting. Als je liever op een andere manier door de literatuur gaat, is dat prima. Maar je moet via je product wel laten zien, wat je hebt geleerd. Dat zou bijvoorbeeld kunnen door het schrijven van een verantwoording bij eigen lessen of een essay.

I – 4.2 EEN BESCHOUWING VOORAF Het is verbazingwekkend dat het zo lang geduurd heeft voordat in het onderwijs constructivistische denkbeelden terrein begonnen te winnen. En als we eerlijk zijn: in de alledaagse praktijk in de klas komen ze nog niet optimaal aan bod. Toch weten we dat het leren van kinderen en volwassenen in het alledaagse leven veel lijkt op de werking van een tamelijk grofmazig visnet: van alle gebeurtenissen die we meemaken blijven er maar betrekkelijk weinig hangen. Het meeste gaat aan ons voorbij en meestal slaat alleen aan wat aansluit bij eerdere kennis of ervaring. Er zijn natuurlijk uitzonderingen: gebeurtenissen die zoveel indruk maken dat ze apart staan ingeprent. Maar het merendeel moet gaan passen in een netwerk dat langzaamaan groeit. Schools leren verloopt als het goed is meer systematisch en daardoor gemiddeld sneller. Maar ook daar is het invangen in of aanhechten aan bestaande kennis van belang. Er is daarover sinds de jaren 60 veel onderzoek gedaan. Als je zelf bedenkt hoeveel van het op school geleerde je bent vergeten en nagaat of datgene dat je wel hebt onthouden in een Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 4

NASK

Opdracht I

kennisomgeving past, hoef je van dat onderzoek niet veel te lezen om overtuigd te raken. Hoogstens haal je er dan interessante voorbeelden uit. Waardoor wordt onderwijs op constructivistische basis gekenmerkt? In de eerste plaats wordt altijd de nadruk gelegd op activiteit door de lerende. Het is heel logisch dat in de nieuwe programma’s voor de Basisvorming en de Tweede Fase het leren en gebruik van vaardigheden zo wordt benadrukt. Het geeft de leerlingen gereedschappen om te leren, en we gaan er van uit dat ze dat ook zullen blijven doen als ze eenmaal bij ons weg zijn. (Of dat ook zo is, moet nog worden onderzocht, meen ik. Zeker is, dat ze het niet zullen doen als we de instrumenten niet meegeven.) Wat je ook kunt opmerken is, dat het verblijf op school dragelijker wordt door niet alleen of hoofdzakelijk cognitief bezig te zijn. Het is in dit verband goed te herinneren aan het psychomotorische en het affectieve domein: doen in plaats van of samen mèt leren geeft afwisseling en voldoening als je blijkt iets te kunnen. Ook zijn een geslaagd werkstuk, een tekening, een presentatie veel tastbaarder dan zuivere kennis. Maar het affectieve domein wordt nog effectiever benut als we de moeite nemen het terrein van de leerlingen te betreden. Ik bedoel: als we de moeite nemen de leerlingen uit te dagen hun denkbeelden onder woorden te brengen. Dat vinden ze vaak niet makkelijk: ze zijn zo gewend dat ze iets mogen zeggen dat vervolgens vriendelijk wordt onderuitgehaald, dat alleen de allerbraafsten of meest enthousiasten nog antwoord geven op onze vragen. Alleen door hun denkbeelden te erkennen en er mee verder te werken komen leerlingen effectief aan hun trekken. Door dat te doen helpen we ze hun vaardigheden te ontwikkelen. en gelukkig kunnen we op die manier ook werken aan hun kennisnetwerk.

I – 4.3 LEERLINGDENKBEELDEN, VOORBEELDEN EN KENMERKEN Opdracht I-4.1: Bestudeer hoofdstuk 1 van “Children’s Ideas” Opdracht I-4.2: Welke van de activiteiten genoemd onder I - 4.1 kwam je in deze hoofdstukken tegen? Opdracht I-4.3: Wat zou jij doen, als in een klas bij jou een leerling zou reageren als Tim op pagina 1-2 van hoofdstuk 1? Opdracht I-4.4: Probeer te verklaren hoe het mogelijk is dat leerlingdenkbeelden vaak niet worden beïnvloed door behandeling van het betreffende onderwerp in de klas. Opdracht I-4.5: Op welke manier beïnvloedt het lezen van hoofdstuk 1 en jouw antwoord op opdracht I-4.4 jouw manier van lesgeven over krachten in klas 2?

I - 4.4 LEERLINGDENKBEELDEN LEREN KENNEN Er zijn verschillende manieren om leerlingdenkbeelden te achterhalen. In “Children’s Ideas” komen aan de orde: luisteren naar leerlingen die proeven doen, gesprekjes met leerlingen voeren, en tekeningen laten maken. In het voorbijgaan wordt nog genoemd het laten maken van een brainmap (begrippenkaart). Voorbeelden daarvan zijn in de bundel in ruime mate voorhanden. Daarbij moet worden opgemerkt, dat het vaak niet meevalt met de genoemde middelen informatie te verkrijgen. Je hebt meestal je handen te vol aan het begeleiden van een klas experimenterende kinderen om ook nog denkbeelden op te pikken. Gelukkig zijn er onderzoekers op het gebied van de vakdidactiek en de ontwikkelingspsychologie, die heel bruikbare gegevens produceren. Er zijn meer boeken en Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 5

NASK

Opdracht I

artikelen over het onderwerp. Daarnaast zijn er op internet plaatsen waar je veel aanvullende informatie kunt vinden. Een heel mooie is www.chemsoc.org/pdf/LearnNet/rsc/miscon.pdf Het betreft een overzichtsartikel van Vanessa Barker over leerlingdenkbeelden m.b.t. scheikunde, maar doordat scheikunde een (heel mooi) hoekje van de natuurkunde is, zullen ook fysici er veel van hun gading vinden. Ook doe je er goed aan zelf van tijd tot tijd een actie te ondernemen. Mogelijkheden: • laat leerlingen proeven doen en verklaringen uittekenen. Tekeningen kun je veel sneller overzien dan lappen tekst. Boverdien hebben de meeste leerlingen veel moeite met formuleren. Je moet er haast bijstaan om te kunnen vragen wat ze met een verhaaltje bedoelen. • praat met een of enkele leerlingen terwijl ze proeven doen, of ook wel zo over een concreet verschijnsel. Het is verstandig om een dergelijk gesprekje op te nemen, zodat je er later rustig naar kunt luisteren. Op deze manier zijn de protocolletjes (uitgeschreven fragmenten onderwijs) uit de bijlagen die je bestudeerde ontstaan. (Je moet er wel voor zorgen dat tijdens zulke activiteiten de rest van de klas in goede handen is. Misschien is de stage daarom wel heel geschikt. Je zou zo’n studie als onderwerp voor je leeronderzoek kunnen nemen.) • neem eens een onderwijsleergesprek op. Eigenlijk kun je daar later alleen conclusies aan verbinden als je de moeite neemt fragmenten ervan uit te schrijven. Je luistert dan eerst het hele gesprek uit, en schrijft dan stukken die je niet kunt duiden of niet meteen kunt verstaan uit. Beperk je, want de praktijk wijst uit dat een enigszins geoefende protocollist een dag nodig heeft om één lesuur uit te schrijven. Een blijvend effect van deze oefeningen is, dat je erna ook in gewone onderwijssituaties beter naar leerlingen kunt luisteren.

I - 4.5 MEER OVER TAAL EN TAALVORMING In de beschouwing vooraf is summier geschreven over kenmerken van leren: het gaat steeds om uitbreiding van een al bestaand begrippenkader, het toevoegen van elementen die niet kunnen worden ingepast of aangehecht levert geen productieve of blijvende kennis. Bijlage 6 is een hoofdstuk uit het boekje “Taal, school en kennis”, van Maria van der Aalsvoort en Bart van der Leeuw, uitgegeven in 1992 door de SLO, Enschede. Voor deze cursus is een aantal exemplaren beschikbaar. Daarin wordt de rol van taal in schools leren nader bekeken. Duidelijk is te zien, dat het boekje is geschreven vóór de periode waarin de term constructivisme is opgedoken. Maar in feite gaat het daar wel over: overdracht van kennis zoals de leraar die heeft wordt scherp tegenover vorming van kennis door de leerlingen zelf gesteld. Opdracht I-4.6: Lees het hoofdstuk “Taal en leren op school”. Opdracht I-4.7: Formuleer overeenkomst en/of verschillen tussen constructivisme en het interpretatiemodel. Opdracht I-4.8: Neem het voorbereidingsformulier en/of het verslag van drie door jou gegeven lessen van de laatste tijd bij de hand. Hoeveel procent daarvan verliep volgens het interpretatiemodel? Op grond waarvan kom je tot die conclusie? Opdracht I-4.9: Welke maatregelen ga je nemen om dat percentage te verhogen?

Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 6

NASK

Opdracht I

I - 4.6 SYNTHESE Opdracht I-4.10: Voer een gesprek met een leerling of iemand uit jouw omgeving over een onderwerp waarbij je preconcepten kunt vermoeden. Bereid het voor door steekwoorden op te schrijven die met het onderwerp verband houden. Neem het gesprek op. Luister uit, en schrijf verrassende fragmenten uit. Wat heb je ontdekt? Opdracht I-4.11: Lees het laatste hoofdstuk, 10, van “Children’s Ideas”al eens door. Probeer in je POP een plaats te vinden voor observaties over dit aspect. (Denk eraan om van tijd tot tijd nog eens naar dit hoofdstuk te kijken.

Tot slot Welke doelen kunnen jullie docenten naar jullie mening met deze opdrachten gehad hebben? Kun je hierbij onderscheid maken tussen impliciete en expliciete doelen? Wat kan volgens jullie het doel zijn van deze "tot slot" opdracht? Bijlagen: 1. Natuur- en scheikunde in de basisvorming, Evaluatie van de eerste vijf jaar. 2. Kerndoelen Natuur- en scheikunde voor de basisvorming.

Frans Arnold

01-09-2005

Pagina 7

NASK

Frans Arnold

Opdracht I

01-09-2005

Pagina 8

NASK

Opdracht II

II. DEELTJESMODELLEN IN DE ONDERBOUW “De leerlingen kunnen wat betreft de bouw van stoffen: -stoffen beschrijven in termen van moleculen en atomen; -de fasen waarin een stof kan voorkomen beschrijven in termen van moleculen.” (Basisvorming Nask, domein H)

Microcursus Deeltjesmodel door Dr. Wobbe de Vos. Het kleinste deeltje van een stof is een bradito. Hoewel braditos erg klein zijn kun je ze splitsen in nog kleinere deeltjes, in grabollen. Zelfs grabollen kunnen in nog kleinere deeltjes gesplitst worden: halputten, knartepen en strouken. De knartepen en strouken vormen de haltroop van een grabol.

halputten Bradito

grabollen knartepen haltroop strouken

Alle stoffen zijn opgebouwd uit halputten, knartepen en strouken. Halputten, knartepen en strouken heten de bouwstenen van een stof. Een ander woord voor stof is labuuk.

Roel Scheepens

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II - 1. Je eigen deeltjesmodel Opdracht II-1.1: Geef een korte samenvatting (in eigen woorden) van een molecuulmodel dat je aan onderbouwleerlingen zou kunnen uitleggen.

Opdracht II-1.2: Teken in de drie vakjes een visuele impressie van de moleculen in ijs, water en stoom. Besteed aandacht aan de onderlinge afstand tussen de moleculen en suggereer de beweging van de moleculen.

vast

vloeibaar

gasvormig

(ijs)

(water)

(stoom)

Opdracht II-1.3: Vergelijk je model met dat van een mede LIO. Opdracht II-1.4: Vraag elkaar waarom ieder het zo getekend heeft. Je moet na afloop kunnen uitleggen waarom jouw partner bepaalde dingen anders heeft getekend dan jijzelf. Opdracht II-1.5: Bespreek dit in de hele groep.

Roel Scheepens

Pagina 2

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II - 2. De verklarende kracht van deeltjesmodellen Opdracht II-2: Noem bij elk één verschijnsel dat erdoor wordt verklaard. Model

Dit model is nodig om het volgende te verklaren…

Materie is opgebouwd uit bolletjes; ze is niet continu.

Tussen de harde bolletjes kun je denken dat er veertjes zitten. De bolletjes stoten elkaar af als ze te dichtbij komen (veertjes ingedrukt) en trekken elkaar aan als ze verder uit elkaar worden getrokken (veertjes uitgerekt). Er kunnen extra elektrische krachten werken tussen de deeltjes als deze b.v. de vorm hebben van een elektrische dipool. Temperatuur van de stof heeft te maken met de beweging van de deeltjes.

Moleculen bestaan uit atomen.

Atoommodel van Dalton

Atoommodel van Bohr / Rutherford

Kwantummechanisch atoommodel

Roel Scheepens

Pagina 3

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II - 3. Verklaar de waarnemingen Opdracht II-3: Verklaar de volgende fenomenen en geef aan welk deeltjesmodel je hierbij gebruikt. Fenomeen

Verklaring (wat voor deeltjesmodel?)

Koper geleidt elektriciteit.

Sommige stoffen lossen wel op in water maar andere niet. Sommige vaste stoffen zijn hard (b.v. diamant) en andere zacht (b.v. natrium). Methaan heeft een lager kookpunt dan butaan.

Metalen geleiden warmte veel beter dan niet-metalen zoals glas of PVC. Gasdruk is evenredig met de absolute temperatuur.

Verdamping doet de temperatuur van een vloeistof dalen. Ammonia diffundeert sneller dan zoutzuur.

Roel Scheepens

Pagina 4

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II - 4. Bestaan de volgende fasen? Opdracht II-4.1: Vul in. Mogelijk bestaande fase

Commentaar

Vloeibare kurk

gasvormig keukenzout

vloeibare suiker

vast helium

vloeibare diamant

Opdracht II-4.2:Wat doe je hieraan in de klas?

Roel Scheepens

Pagina 5

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II - 5. Beschrijf de fasen waarin de volgende mengsels zich bevinden: Opdracht II-5.1: Vul jouw beschrijvingen in. mengsel

beschrijving van de fase(n) en de structuur

Tandpasta

een mistvlaag

een stuk piepschuim opgeklopte slagroom je ooglens

Opdracht II-5.2: Moeten leerlingen hier iets over weten? Is dit belangrijk? Hoe wordt dit in je lesmethode behandeld?

Roel Scheepens

Pagina 6

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II - 6. Proeven over moleculen. Opdracht II-6.1: Beantwoord voor ieder van de volgende proeven de volgende vragen: •

In welk opzicht vind jij dit een overtuigende proef?

•

Wat doe je hiermee in de onderbouw?

Proef / bewijsmateriaal

Commentaar

Stapsgewijze verdunning van kaliumpermanganaat, om te laten zien dat er heel veel moleculen in één korrel moeten zitten. De oliezuurproef, om de dikte van de moleculen te bepalen.

Opnames met de STM (Scanning Tunneling Microscope) van oppervlakken van vaste stoffen, om aan te tonen dat materie uit atomen bestaat. De Brownse beweging van colloïdale deeltjes in lucht of in water, om aan te tonen dat de lucht of het water vol onzichtbare kleine deeltjes zit die in voortdurende beweging zijn.

Een scheutje inkt aan heet water en aan koud water toevoegen, om aan te tonen dat de moleculen bij hogere temperatuur sneller bewegen.

Opdracht II-6.2: Wat zou jij in de onderbouw aanvoeren als bewijs voor de stelling dat alle materie opgebouwd is uit kleinste deeltjes?

Roel Scheepens

Pagina 7

01-09-2005

NASK

Opdracht II

II – 7. Vragen bij gebeurtenissen in lessen, leerlingdenkbeelden Opdracht II-7.1: Bestudeer van “Children’s Ideas”hoofdstuk 7. Hebben de resultaten van deze studies volgens jou ook invloed op de andere fasen waarin de materie voorkomt? Zo ja, welke? Opdracht II-7.2: Wat is er nou precies mis met uitspraken als "roestmoleculen zijn bruin", "watermoleculen zijn kleurloos" en "watermoleculen bevriezen bij 0 0C" zoals opgetekend uit de mond van leerlingen?Antwoord in één alinea. Opdracht II-7.3: Je krijgt één alinea om leerlingen het onderscheid duidelijk te maken tussen en 'echt' deeltjesmodel en het brokjesmodel dat vaak in leerboeken voorkomt. Succes! Opdracht II-7.4: Geef een schriftelijke definitie van het begrip 'molecuul'. Vergelijk jouw definitie met die van je mede-LIO's.

II - 8. Analyseer een lesmethode voor de onderbouw. Er bestaan bij docenten en bij auteurs van leerboeken verschillende opvattingen over het gebruik van deeltjesmodellen. Grofweg gezegd zijn er drie mogelijkheden: A. Doe zo min mogelijk aan deeltjesmodellen in de onderbouw en beperk je zoveel mogelijk tot de waarneembare fenomenen. B. Doe eerst de experimenten en bied dan (liefst in interactie met de leerlingen) een deeltjesmodel aan als verklaring voor de waarnemingen. C. Poneer een deeltjesmodel en laat zien hoe dit toegepast kan worden op de verschijnselen. Behandel de experimenten na de theorie. Opdracht II-8.1: Beschrijf de voor- en nadelen die je aan elk van deze opvattingen ziet. Waar gaat je eigen voorkeur naar uit, en waarom? Opdracht II-8.2: Bekijk in je eigen lesmethode voor de onderbouw het hoofdstuk waarin moleculen ten tonele worden gevoerd. Het is mogelijk dat het onderwerp zowel in de 2e als in de 3e klas wordt behandeld; in dat geval is het interessant om deze hoofdstukken met elkaar te vergelijken. Is het boek in te delen bij een van de categorieën A, B of C van hierboven? Opdracht II-8.3: Wat valt je verder op bij bestudering van de tekst? Regelmatig worden overstappen gemaakt van het ene model naar het andere. Of wordt het deeltjesmodel plotseling uitgebreid met nieuwe modelregels. Soms wordt dat niet expliciet gemaakt, of wordt zelfs niet onderkend dat het om verschillende modellen of om nieuwe modelregels gaat.

Roel Scheepens

Pagina 8

01-09-2005

NASK

Opdracht II

Opdracht II-8.5: Zoek één voorbeeld in “jouw” lesmethode waarbij zo’n overstap wordt gemaakt en lever suggesties voor verbetering. Let daarbij ook op plaatjes in de marge, en noteer dat het woord marge hier dubbelzinnig is. De werkgroep “Theorie uit Experimenten” stelt de behandeling van deeltjesmodellen uit tot de vierde klas. Als bijlage II-1 tref je de eerste kennismaking aan. (P 12A1-7) Opdracht II-8.5: Bestudeer deze tekst. Vragen? Commentaar?

II - 9. Reflectie. Opdracht II-9.1: Kijk nu terug op je werk. Wat heb je van deze opdrachtenreeks “deeltjesmodellen” geleerd? Zijn er aspecten waarover je anders bent gaan denken? Hebben de grabollen en de knarputten (zie vooraan) nu nog dezelfde betekenis? Opdracht II-9.2: Besluit tot één aanpassing van je eigen onderwijs in de onderbouw als gevolg van deze opdrachtenreeks. Beschrijf deze aanpassing, en vermeld ook wanneer je deze denkt uit te gaan voeren. Opdracht II-9.3: Lever commentaar op de volgende stelling: “Het is vakinhoudelijk onjuist, vakdidactisch een blunder en pedagogisch niet verantwoord om kinderen te confronteren met modelmatig denken, wanneer er door de docent modellen ten tonele worden gevoerd die hoger staan in de hiërarchie dan nodig is voor het betreffende verschijnsel.”

Roel Scheepens

Pagina 9

01-09-2005

NASK

Roel Scheepens

Opdracht II

Pagina 10

01-09-2005

NASK

Opdracht III

III. MECHANICA, GASSEN III – 1. De opzet Over mechanica in de onderbouw gaan Domein G van de kerndoelen en een of enkele hoofdstukken van “jouw” schoolboek. In de behandeling betrekken we hier ook enkele andere onderwerpen dan alleen de mechanica van het dagelijkse leven. Merk bijvoorbeeld op dat gassen als zodanig in de kerndoelen niet aan bod komen. (Denk nog eens aan het feit dat de natuurkunde van de basisvorming vooral in kwalitatief opzicht te kort schiet. Hier kunnen we voor verbetering een solide basis leggen.)

III – 2. Mechanica op straat Opdracht III-2.1 : Oriënteer je op het onderwerp mechanica in de methode die op jouw stageschool wordt gebruikt.. Noteer daarbij behalve vragen ter discussie ook welke zaken je later zeker wilt gebruiken. Opdracht III-2.2: Vaak is bij mechanica-proeven de tijdtikker gebruikt. Wat zou je moeten doen om hiervoor een PC in te schakelen?

III – 3. Leerlingdenkbeelden Opdracht III-3.1: Bestudeer de hoofdstukken 5 en 9 van “Children’s Ideas”. Opdracht III-3.2: Probeer te verklaren hoe het mogelijk is dat leerlingdenkbeelden over krachten vaak niet worden beïnvloed door behandeling van het betreffende onderwerp in de klas. Opdracht III-3.3: Op welke manier beïnvloedt het lezen van hoofdstuk 5 en jouw antwoord op de vorige opdracht jouw manier van lesgeven over krachten in klas 2? In hoofdstuk 6 van hetzelfde boek komen gassen aan de orde. Het onderwerp is van belang voor de lessen in natuurkunde en in scheikunde. Opdracht III-3.4: Bestudeer hoofdstuk 6. Onderzoek dat ikzelf deed bij leerlingen van 3 vwo en 3 havo wees uit, dat veel van deze leerlingen aan lucht geen concrete eigenschappen toekennen. Ze gaan er van uit, dat lucht niets is. Alleen als ze in situaties worden gebracht als beschreven in dit hoofdstuk, proberen ze mee te redeneren. Je zou misschien kunnen zeggen dat lucht alleen iets is voor leerlingen als ze er niet omheen kunnen. Opdracht III- 3.5: Ga na of je de “principal difficulties” (1) en (2) van pag 114 met deze veronderstelling kunt verklaren.

Frans Arnold/Roel Scheepens

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht III

III – 4. Wat weet je zelf? Hoe breng je het? III-4.1 BEGRIPSTEST KRACHT EN BEWEGING 1. Een auto rijdt met constante snelheid over een cirkelvormig parcours. Teken alle krachten die op de auto werken.

2. Een houten balk met een homogene massaverdeling staat schuin tegen een 100% gladde muur aan. De balk is in evenwicht. Wijst de reactiekracht die de vloer op de balk uitoefent a. Steiler omhoog dan de balk; b. Langs de balk; c. Minder steil omhoog dan de balk?

? ? Verklaar je antwoord.

?


Pagina 2

01-09-2005

NASK

Opdracht III

3. In de volgende situatie gaat het om drie identieke ballen, scheef omhoog geworpen, die op een bepaald tijdstip gelijke hoogte hebben, maar verschillende snelheden. De luchtweerstand mag verwaarloosd worden. Zijn de krachten op de drie ballen op dit gegeven moment aan elkaar gelijk, of niet?

4. Drie identieke massa's trillen aan drie identieke veren op en neer, maar met verschillende amplitude. Op een gegeven moment zijn de hoogten gelijk, maar de snelheden verschillend. Wrijvingseffecten mogen weer verwaarloosd worden. Zijn de krachten op de drie massa's gelijk of niet?

grote snelheid naar beneden


kleine snelheid naar boven

Pagina 3

snelheid = 0

01-09-2005

NASK

Opdracht III

5. Spankracht Twee identieke gewichten van 20 N zijn via twee katrollen verbonden.

krachtmeter 20 N

20 N

Hoe groot is de spankracht in het verbindende touw? Verwaarloos de wrijving in de katrollen en de massa van het touw zelf.

6. Takel

Je hebt een touw om je middel gebonden en over een katrol gegooid. Door aan het andere uiteinde te trekken kun je jezelf optakelen. Kost dit meer, minder, of evenveel kracht als rechtstreeks een touw in klimmen?


Pagina 4

01-09-2005

NASK

Opdracht III

III-4.2 SUGGESTIES “Gas oefent een druk uit op de wand” is eigenlijk fout. Druk is een scalar, geen vector. Beter is: “Gas oefent een kracht uit op de wand doordat er in het gas een druk heerst.” De netto kracht op een wand is gerelateerd aan het drukverschil tussen binnen en buiten (een scalar) en het oppervlak (een vector):

F=

!p A

Traagheid Massa is intuïtief de ‘hoeveelheid spul’. Zwaarte is intuitiever dan traagheid. Met de positiesensor leerlingen grafieken na laten lopen van instantane snelheidsveranderingen: onmogelijk. Waarom? Karretjes met verschillende massa van een helling laten rollen. Wat is het effect van massa? (antwoord: geen.) Leerlingen komen met ad hoc verklaringen: “die grote massa kan wel een grotere eindsnelheid bereiken maar komt moeizamer op gang.” Nieuw experiment over alleen het beginstuk: weer geen verschil. Uiteindelijk schuiven de verklaringen over elkaar heen: er zijn twee tendensen die tegelijk werken en elkaar opheffen. Enerzijds trekt de aarde met een kracht evenredig aan de massa, anderzijds neemt de traagheid ook evenredig met de massa toe. Massa is traag. Massa heeft “effe tijd” nodig. Massa heeft “F t” nodig voor een snelheidsverandering.

m " !v = F " !t Traagheid moet duidelijk worden onderscheiden van zwaarte, en dit kan het beste als we ons naar een toestand van gewichtloosheid verplaatsen. Hoe wegen de astronauten zichzelf aan boord? De weegschaal geeft niets aan! Maar de traagheid van massa is er nog wel, en kan wel gebruikt worden om de massa te bepalen.


Pagina 5

01-09-2005

NASK


Opdracht III

Pagina 6

01-09-2005

NASK

Opdracht IV

IV. GELUIDEN HOREN EN MAKEN IV – 1. Voorbereiding IV – 1.1. Lees de kerndoelen over geluid nog eens door. Noteer in elk geval dat termen als amplitude, geluidssterkte, decibel, resonantie, golflengte, golfsnelheid, faseverschillen en gereduceerde fase er niet in voorkomen. Hoeveel stof komt er nog bij vóór 4 vwo? IV – 1.2. Maak een schema van 'de belangrijkste begrippen uit het onderwerp geluid'. Vergelijk het eens met de kerndoelen. IV – 1.3. Je kunt horen dat er in de kamer naast je geluid wordt gemaakt. Alle deuren zijn dicht en er zijn geen gaten in de muur. Leg uit hoe het toch mogelijk is dat het geluid van de ene naar de andere kamer kan gaan. IV – 1.4. Is ieder geluid dat je kunt waarnemen een trilling? Ook een pistoolschot, een knip met de vingers, een tik op tafel? Licht je antwoord toe. Verdedig je antwoord tijdens een groepsdiscussie. IV – 1.5. Meet de geluidssnelheid met behulp van een computerpakket zoals Coach 5 of Science Workshop. Schrijf hierover een kort verslag van ongeveer een halve bladzijde. IV – 1.6. Meet de geluidssnelheid met behulp van een oscilloscoop, een luidspreker en een microfoon. Schrijf hierover een kort verslag van ongeveer een halve bladzijde. IV – 1.7. Meet de geluidssnelheid in een medium ander dan lucht. Kies zelf een medium en een meetopstelling. Schrijf een volledig verslag van je experiment. IV – 1.8. Coach 5 of Science Workshop bieden de mogelijkheid om geluidssignalen op te nemen en daarop direct een Fourieranalyse los te laten. Maak jezelf eerst vertrouwd met deze functionaliteit - probeer het eens. Bedenk daarna een vraagstelling die je door leerlingen productief zou kunnen laten onderzoeken met behulp van deze vorm van signaalanalyse. IV – 1.9. Maak je eigen luidspreker van een A4 blad en 5 m koperdraad (geïsoleerd). Sluit voor de veiligheid een lampje van een paar Ohm in serie met de luidspreker voordat je hem op de versterker aansluit. Dit voorkomt onverhoopt opblazen van de versterker. IV – 1.10.Op de middelbare school worden vorm en functie van het oor nergens meer voorgeschreven: noch bij nask, noch bij biologie. Ook niet in de tweede fase. Desalniettemin is het vreemd om les te geven over het geluid zonder kennis te hebben van het menselijk oor. Zoek antwoorden op de volgende vragen: i. Waarom is ons oor het gevoeligst tussen de 2-5 kHz? ii. Wat is het nut van het middenoor?

Roel Scheepens

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht IV

IV – 1.11.Plan één of meer lessen om het eerste kerndoel te bereiken, namelijk het produceren van geluid uitleggen in termen van trillingen. De kunst is om zoveel mogelijk verschillende leerstijlen tot hun recht te laten komen. Geef aan hoe je aan de verschillende leerstijlen tegemoet komt in je keuze van activiteiten en werkvormen. Je product zet je op een poster en presenteer je aan je mede-studenten.

IV – 2. Practicum met Coach 5 Voorbereiding Sluit de CoachLab II interface aan op de COM 2 poort en start het programma.

Iets meten wat met het blote oor niet waarneembaar is: de geluidssnelheid. Sluit twee geluidssensoren aan en plaats deze zover mogelijk uit elkaar, op een aantal meters afstand. Klik op MEETINSTELLING en kies voor een tijdsduur van 10 milliseconden, en een of andere triggervoorwaarde (probeer uit wat werkt). Maak een DIAGRAM met C1: klok C2: geluidssensor 1 C3: geluidssensor 2 Zet de meting op scherp door op de groene knop te drukken. Een scherp geluid, b.v. door met twee meetlatten op elkaar te tikken, vóór een van de sensoren, zal de meting doen starten. Klik rechts in het diagram en selecteer ‘automatisch herschalen’ om de grafiek beeldvullend te krijgen. Klik weer rechts in het diagram en selecteer ‘lees uit’ om een cursor te krijgen die de coördinaten van de meetpunten geeft. Lees het tijdsverschil tussen de twee signalen af en bepaal de geluidssnelheid.

Iets meten dat met het blote oog niet waarneembaar is: de lichtsterkte van verschillende lichtbronnen. Sluit een lichtsensor aan op één van de vier ingangen. Maak een DIAGRAM aan in een van de vier vensters. Kies voor een meetfrequentie van tenminste 1000 metingen per seconde, en liever nog meer. Meet vervolgens de lichtsterkte op van • een kaarsvlam • een gloeilamp • een t.l.-buis • de monitor van de computer • een LED lampje en bekijk van ieder de grafiek. Bepaal van de variabele lichtbronnen hun frequentie. Noteer eventuele andere bijzonderheden.

Gebruik maken van functiefit: lichtsterkte versus afstand Sluit een lichtsensor aan op één van de vier ingangen. Plaats een lichtbron langs een meetlat zodat deze naar de sensor toe en van de sensor af kan worden bewogen. Toon WAARDE in een van de vier vensters. Maak een nieuwe TABEL met C1:handinvoer en C2:handinvoer (eerste en tweede kolom allebei handinvoer). Zet deze tabel neer in een venster. Klik rechts in het venster en voeg rij 1 t/m 10 toe; nu zijn er velden om in te vullen. Roel Scheepens Pagina 2 01-09-2005

NASK

Opdracht IV

Stel de helderheid van de lichtbron of de gevoeligheid van de sensor zó in, dat de uitslag op 1 m afstand de nul begint te naderen. Verduister het meetlokaal zo goed mogelijk. Verzamel meetwaarden voor de lichtsterkte op verschillende afstanden en vul de tabel in. Kies een nieuw DIAGRAM gebaseerd op de zojuist gemaakte tabel en zet het diagram neer in een venster. Klik rechts in het venster en kies voor ‘automatisch herschalen’. Nu moet de grafiek verschijnen. Klik weer rechts in het diagram en kies nu voor ‘analyse’ en dan voor ‘functiefit’. Kies een functie die past bij een 1/x2-verband en pas de parameters a, b en c aan totdat de functie in de buurt komt van de meetkromme. Laat daarna AUTOFIT het karwei afmaken.

IV – 3. Suggesties Bestudeer uitNatuur- en scheikunde voor de basisvorming, deel 2 van de BAVO-werkgroep de Praktika 29 tot en met 34. IV – 1. Dekt dit onderwijsaanbod de kerndoelen m.b.t. geluid? IV – 2. Is het voldoende ter voorbereiding van klas 4? IV – 3. Welke functie heeft volgens jou het gebruik van contexten? IV – 4. Welke vaardigheden (Domein A) komen aan de orde? Op een aparte 3,5 inch schijf tref je enkele werkbladen voor leerlingen aan. Hieronder een copie in zwart-wit. IV – 5. Kijk in “jouw”leerboek waar je van dit materiaal gebruik kunt maken.

Roel Scheepens

Pagina 3

01-09-2005

NASK

Opdracht IV

Geluid

Naam: ……………………

Roel Scheepens

Pagina 4

01-09-2005

NASK

Opdracht IV

1. Noem drie verschillende geluiden.

2. Vorm een groepje van vier leerlingen. Lees één voor één jullie geluiden aan elkaar voor. Zet dan het geluid links of rechts van de streep. Als de bron van het geluid beweegt of trilt zet je het geluid links. Als de bron geluid maakt zonder te bewegen zet je het geluid rechts van de streep. Je mag overleggen!

Trilling JA

Roel Scheepens

Trilling NEE

Pagina 5

01-09-2005

NASK

Opdracht IV

Suggesties voor een les n.a.v. deze oefening. Iemand zegt: alles wat geluid maakt trilt. Wie is het hiermee eens? Hoe weet je dat je keel trilt als je praat? Er komt muziek uit een luidspreker. Hoe weet je dat de luidspreker trilt? Je slaat op een houten plank. Hoe weet je dat de plank trilt? Een stemvork geeft een toon. Hoe weet je dat de stemvork trilt? Nu ga ik proberen om die trillingen eens zichtbaar te maken. Waar is de trilling? Stukjes papier, piepschuimballetjes, zand, een pingpongbal aan een draadje (met statief), een draadtelefoon. Luidspreker met pingpongbal ervoor. De pingpongbal schiet weg. Snaarinstrument met stukjes papier over de snaar. Xylofoon met zand erop? Stemvork in een glas water. Stukjes papier op de luidspreker. Zand op mijn eigen luidsprekertje. Vingers op je eigen keel en op die van anderen. Vinger op de draad van de draadtelefoon. Kun je Chadli figuren maken met een draad waarin longitudinale golven lopen? Uitproberen. Conclusie: er is altijd iets dat trilt. Tenslotte. De geluidsgolven zelf kun je zichtbaar maken met een microfoon en een oscilloscoop. Draagbare radio gebruiken. Leerlingen zelf laten praten. Tekeningen maken van de A, E, I, O, en de U.

Voorbeelden voor de docent: 1. Geluid

Wat maakt het geluid?

Het gezoem van een mug Een rijdende auto applaus

de vleugels trillen de motor trilt vingers / handen trillen, maar ook de lucht – sla maar met de rug van je hand tegen je uitgestrekte andere hand, dan zie je je vingers trillen de plank trilt – leg er maar zand op het water trilt - dat zie je de twee helften van het takje trillen na papier trilt na, vgl. klik klak speeltje deur trilt na (en de muur) de kast trilt, voel maar. de dop trilt

een tik van een hamer op een plank Een plons in het water Een krakend takje bladeren in een boek deur die dicht valt gebrom van de computer fietsbel Roel Scheepens

Pagina 6

01-09-2005

NASK

Opdracht IV

kaars uitdoven met een zeepton (Zie ook BAVO-KUN deel 2 pag. 135)

Roel Scheepens

Pagina 7

01-09-2005

NASK

Roel Scheepens

Opdracht IV

Pagina 8

01-09-2005

NASK

Opdracht V

V. OPDRACHTEN ROND LICHT EN BEELD V – 1. Verkenning V-1.1 Lees de kerndoelen over licht en beeld nog eens door. Noteer o.a. dat de werking van het oog er niet in staat. V-1.2. Bestudeer hoofdstuk 2 uit “Children’s Ideas”. Bespreek je meest saillante bevindingen met je collegae. Gooi daarover ook eens een balletje op bij een docent op school.

V – 2. Wat kun je zelf? V-2.1. Bereid een demonstratieproef voor waarbij je de buitenwereld afbeeldt op de muur van het klaslokaal. Het beeld moet aan de volgende eisen voldoen: zo groot mogelijk en zo duidelijk mogelijk. V-2.2. Bereid een demonstratieproef voor waarbij je het filament van een gloeilamp zo groot en duidelijk mogelijk afbeeldt op de muur van het klaslokaal. V-2.3. Bereid een demonstratieproef voor waarbij je wit licht uiteen laat vallen in een spectrum. Het spectrum moet aan de volgende eisen voldoen: zo groot mogelijk, zo duidelijk mogelijk, en zo zuiver mogelijk (zo min mogelijk overlap tussen de kleuren).

1 1 1 + = maakt géén deel uit van de basisvorming, maar wordt v b f meestal in de derde klas van HAVO / VWO wel behandeld. Bewijs deze formule.

V-2.4. De lenzenformule

V-2.5. Bereid een minilesje voor om aan leerlingen de breking van licht uit te leggen.Waarom verandert het licht van richting als het van het ene medium in het andere terecht komt? V-2.6. Licht is een verbazingwekkend verschijnsel. Als je doet alsof je alles snapt ben je waarschijnlijk niet oprecht. Beschrijf een verschijnsel dat te maken heeft met licht en dat door jou niet 100% begrepen wordt. Deel dit met de rest van de groep.

V – 3. Gaat het licht uit? Optica op internet. V-3.1. Lees onderstaande bijdrage over de lesmodule “How Far Does Light Go”. De hele module is te bezichtigen op http://wise.berkeley.edu, als je tenminste eerst op ‘join wise’ hebt geklikt en wat vragen hebt beantwoord. Vervolgens vind je module bij de Engelstalige demo-projecten.) Is dit een goed voorbeeld van optica onderwijs dat uitgaat van het zichtconcept?

Roel Scheepens

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht V

How Far Does Light Go De module is bedoeld voor tweede klas natuurkunde en heeft de vorm van een debat tussen twee theorieën. De ene theorie (Licht Dooft Uit, LDU) stelt dat het licht verder van de bron steeds zwakker wordt en uiteindelijk vanzelf uitdooft. De andere theorie (Licht Dooft Niet, LDN) stelt dat het licht in principe oneindig ver kan reizen, tenzij het ergens onderweg door een voorwerp wordt geabsorbeerd. Nadat de leerlingen eerst hebben kennisgemaakt met deze twee theorieën, en beide in hun eigen woorden hebben samengevat, gaan ze een aantal stukken 'bewijsmateriaal' bekijken. Als eerste bekijken ze een foto van een zoeklicht. De lichtbundel van het zoeklicht lijkt steeds zwakker te worden en uiteindelijk te verdwijnen. Aan de leerlingen is nu de vraag welke theorie er door dit bewijsmateriaal ondersteund wordt. Voor veel leerlingen zal dit de LDU theorie zijn, en dat is op dit moment ook zeker een legitieme conclusie. Als tweede stuk bewijsmateriaal krijgen de leerlingen opnames te zien van een bepaald stuk van de hemel, met en zonder telescoop. Met telescoop zijn er veel meer sterren te zien. Nu is de vraag aan de leerlingen waarom we met een telescoop meer sterren kunnen zien dan met het blote oog. Wat denkt u dat ze antwoorden? Hier is een voorbeeld antwoord: "met een telescoop kun je dieper het heelal inkijken dan met het blote oog, dus kun je met een telescoop ook sterren zien die verder weg staan". Leerlingen die aldus denken hebben nog geen robuust begrip van de relatie tussen de voortplanting van het licht en de waarneming van voorwerpen. Ze beseffen nog niet goed dat het zien van een ster inhoudt dat het licht van die ster onze ogen heeft bereikt. Zulke leerlingen zullen zich afvragen wat dit bewijsmateriaal überhaupt met de voortplanting van het licht te maken heeft, en zullen het bewijsmateriaal als 'irrelevant' classificeren. Andere leerlingen, die beseffen dat de telescoop slechts zichtbaar maakt wat al die tijd al aanwezig was, zullen dit erkennen als een bewijs voor het idee dat licht heel ver kan reizen, ook al is het misschien niet meer zichtbaar voor het blote oog. Goed, nog één voorbeeld van bewijsmateriaal. In dit derde voorbeeld kijken leerlingen naar een stukje film opgenomen met een nachtkijker. Op de film is te zien hoe iemand inbreekt in een auto, terwijl het pikdonker is. Hoe is dit mogelijk? Dit bewijsmateriaal overtuigt veel leerlingen van het idee dat er toch nog licht aanwezig kan zijn, hoewel het voor het blote oog donker lijkt. En dat idee is weer noodzakelijk om te kunnen geloven in de wetenschappelijk normatieve LDN theorie, dat licht iedere afstand kan overbruggen. Op deze manier bekijken leerlingen een grote hoeveelheid teksten, foto's, filmpjes, simulaties. En passant leren ze het een en ander over de werking van de optische instrumenten, de wijze waarop de intensiteit van het licht afvalt (met het kwadraat van de afstand), en de relatie tussen licht en waarneming.

Roel Scheepens

Pagina 2

01-09-2005

NASK

Opdracht V

Uiteindelijk moeten de leerlingen hun gedachten op een rij gaan zetten. Hiervoor gebruiken ze het zogenaamde "SenseMaker".

Een schermbeeld met het navigatiegedeelte (links) en SenseMaker (rechts) (Engelstalige versie) In deze tool slepen de leerlingen ieder stukje bewijsmateriaal visueel naar het hok van de LDU theorie, het hok van de LDN theorie, of naar een ander hok. Overal moet dan weer worden uitgelegd waarom dit bewijsmateriaal in een bepaald hok is geplaatst. Hoewel simpel van opzet blijkt SenseMaker voor de leerlingen in de doelgroep uitermate effectief in het ondersteunen van het denkproces. Tijdens hun werk met SenseMaker voegen leerlingen ook eigen bewijsmateriaal toe. Zo schreef een leerling over zijn ervaring dat je vanuit een vliegtuig de lichtjes van de steden op de grond kunt zien; dit was voor hem een bewijs dat licht erg ver kan reizen. Als al het bewijsmateriaal uiteindelijk is geordend en verwerkt gaan de leerlingen voorbereidingen treffen voor een klassendebat. Cruciaal hierbij is dat leerlingen beide posities moeten voorbereiden. Ze moeten niet alleen hun eigen mening kunnen verdedigen, maar ook de tegenargumenten kunnen verwoorden en begrijpen. Met het klassendebat wordt de module afgesloten. De docent heeft tijdens het proces alleen de voortgang bewaakt, leerlingen verder geholpen, al dan niet door het geven van elektronische feedback, en het uiteindelijke debat geleid. De docent heeft daarentegen niets gezegd over welke theorie goed is en welke fout. U bent in deze module geen woord over geometrische optica tegengekomen - geen spiegelwet, geen wet van Snellius, geen stralengang door een dunne lens. Toch blijkt het gekozen onderwerp voor de meeste leerlingen buitengewoon leerzaam, in tegenstelling tot de geometrische optica die voor veel leerlingen veel te abstract en onbegrijpelijk blijft. Roel Scheepens

Pagina 3

01-09-2005

NASK

Opdracht V

V – 4. Suggesties V-4.1 TOETSVRAAG?

Het is nacht. De koplampen van een auto vormen een lichtvlek op straat, van A tot B. Een voetganger bij punt D kan de koplampen zien. Hoever komt het licht van de koplampen? Tot A, B, C, D, of ergens anders?

Wat is de belangrijkste reden voor je antwoord?

Roel Scheepens

Pagina 4

01-09-2005

NASK

Opdracht V

V-4.2. NOG WAT ZELFSTUDIE

V-4.2.1 Lichtsterkte/helderheid De candela is nu gedefinieerd in termen van de Watt. Strikt genomen is het geen onafhankelijke eenheid meer. Men heeft desalniettemin afgesproken dat de lichtsterkte toch een aparte eenheid blijft verdienen. Reden voor een aparte eenheid: het totale vermogen van een lichtbron is geen goede maat voor de hoeveelheid licht die deze produceert. Niet alle straling is zichtbaar licht, en ook binnen het zichtbare spectrum is het oog niet overal even gevoelig. Zo ervaren wij een gele lamp als helderder dan een blauwe lamp ook als beide hetzelfde vermogen uitstralen. De lichtsterkte is dus een zeer antropocentrische eenheid. De mens is de maat aller dingen, en zeker van de lichtsterkte. Vergelijking van de lichtsterkte van twee bronnen gebeurt in principe ‘op het oog’. Tegenwoordig kan er nauwkeuriger gemeten worden met lichtgevoelige detectoren die het oog nabootsen. Vroeger was de candela niets anders dan de lichtsterkte van 1 kaars. Sinds 1979 is de candela “de lichtsterkte, in een bepaalde richting, van een bron die monochromatische straling uitzendt met een frequentie van 540 THz en waarvan de stralingssterkte 1/683 Watt per steradiaal is.” Kortom, de lichtsterkte is wel degelijk gerelateerd aan het vermogen van de uitgezonden straling! Alleen moet erbij worden vermeld dat het dan gaat om straling van een bepaalde kleur (540 THz of 555 nm). Om de ervaren lichtsterkte van andere golflengtes te bepalen is onderzoek gedaan onder grote hoeveelheden proefpersonen. Dit levert een belcurve op:

http://www.eoi-furnace.com/unitconv/unitdict/candela.htm

Het uitgestraalde vermogen bij een golflengte van 500 nm heeft een “efficientie” van 1/3 van het maximum bij 555 nm. Dat betekent dat er drie keer zoveel vermogen nodig zal zijn bij 500 nm als bij 555 nm om dezelfde lichtsterkte te bereiken. Roel Scheepens

Pagina 5

01-09-2005

NASK

Opdracht V

Een bron is gewoonlijk niet in alle richtingen even helder. Een gloeilamp kan in de recht voorwaartse richting een lichtsterkte hebben van 500 candela, terwijl de lichtsterkte onder een hoek van 30 graden minder zal zijn, b.v. 300 candela.

(bron:

http://www.eoi-furnace.com/unitconv/unitdict/candela.htm)

De totale integraal van alle lichtsterktes over alle richtingen samen geeft het totale uitgestraalde lichtvermogen in aantal lumen. 1 candela = 1 lumen per sterradiaal 1 lux = 1 lumen per vierkante meter Voorbeeld getallen: Een 100-W gloeilamp straalt een lichtvermogen uit van 1200 lumen over een half boloppervlak. Dan is de lichtsterkte van de gloeilamp 1200 lumen / 2! steradiaal = 191 cd. Het aantal lux op een afstand van 1 m van de gloeilamp, is 1200 lumen / 2!(12) = 191 lux. Het aantal lux op een afstand van 5m van de gloeilamp is 1200 lumen / 2!(52) = 7,6 lux. Het aantal lux is dus op een afstand van 1m gelijk aan het aantal candela. V-4.2.2. Kleuren mengen Op de voorkant van deze klapper staat een plaatje over het mengen van licht. Leerlingen kennen vooral het mengen van verf of kleurpotloden. Dat geeft heel andere resultaten. V-4.2.2 Waarop berusten de verschillen?

Roel Scheepens

Pagina 6

01-09-2005

NASK

VI.

Opdracht VI

VERBRANDEN EN VERWARMEN; TEMPERATUUR

VI – 1. Verkenning Opdracht VI-1.1: Neem de kerndoelen over dit onderwerp door (Donein D). Mis je belangrijke zaken als je denkt aan leerlingen die a. In klas 4 exact gaan? b. Dat niet zullen doen? Opdracht VI-1.2: Bestudeer hoofdstuk 4 van “Children’s Ideas”. Bespreek wat nieuw voor je was met medelio’s en/of docenten. Opdracht VI-1.3: Heeft laatstgenoemde studie invloed op je antwoorden bij VI-1.1? Opdracht VI-1.4: Maak de diagnostische toets (Bijlage VI-1) eerst zelf. Kun je hem in je lessen gebruiken? Opdracht VI-1.5:Leer jezelf iets over de energievoorziening in je eigen huis. Weet je zelf waar je gas en je elektriciteit vandaan komen? Ken je de prijzen? Begrijp je je eigen energienota? Ben je wel eens in een elektriciteitscentrale geweest? Weet je iets over verschillende modellen cv-ketels? Weet je iets over de verschillen tussen geisers en boilers? Breng verslag uit van de opbrengst van je zoektocht. In 1997 hebben de energiedistributiebedrijven een lespakket voor de basisvorming (HAVO/VWO) uitgebracht onder de naam “Milieu bewaren? Energie besparen!”. Het pakket bestaat uit een videoband en leerlingenboekjes. Misschien iets voor jou?

VI – 2. Verbranden, contexten Domein D heet verbranden en verwarmen. Er staat, dat de leerlingen het verbrandingsproces moeten kunnen beschrijven. Opdracht VI-2.1: Beschrijf het verbrandingsproces aan de hand van het gasfornuis. Opdracht VI-2.2: Maak het practicum “De kaars”. (Bijlage VI-2) Hoeveel enkelvoudige waarnemingen kun jij eraan doen? (Sommige klassen met 25 leerlingen komen samen tot ca 100.) Je kunt een gasfornuis, een kaars en de meeste andere zaken die in de kerndoelen voorkomen maatschappelijke of persoonlijke context noemen. Daarop wordt in de basisvorming voortdurend sterk de nadruk gelegd. Opdracht VI-2.3: In de kerndoelen is sprake van de voorwaarden waaronder verbranding kan plaatsvinden. In de boeken wordt daarvoor wel de term “branddriehoek” ingevoerd. Bereid een (stukje) les voor waarin je, uitgaande van de open haard, het proces van verbranden behandelt. Geef speciale aandacht aan de problemen met nat hout.

Roel Scheepens/ Frans Arnold

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

Opdracht VI-2.3: Wat behoort voor jou tot de natuurwetenschappelijke context van verbranden en verwarmen? Maak daarvan een begrippenkaart, liefst samen met een medelio. Opdracht VI-2.4: Op welke manier kan het practicum over de kaars en een les over de open haard voor leerlingen zo’n natuurwetenschappelijke context inleiden?

VI –3. Nog meer over vlammen Met een thermokoppel en b.v. Coach 5 kun je vrij gemakkelijk de temperatuur van vlammen onderzoeken. Voorbeeldinstructies zitten in de bijlagen. Overigens is het misschien aardig om te weten dat de eenheid van lichtsterkte, de candela, is afgeleid van de helderheid van een kaars. Kaarsen blijken een heel constante lichtsterkte te hebben, wat ze geschikt maakt als standaardmaat. Een lichtsterkte van 200 Cd is dus ongeveer even helder als het licht van 200 kaarsen.

VI – 4. Practicum W5 uit de BAVO-KUN methode Je bent al in het bezit van het blauwe katern waar dit practicum instaat. Zo niet, vraag om een exemplaar. Het gaat in dit practicum om de ontwikkeling van het concept ‘warmte’. Tot slot wordt de vraag gesteld of de verschijnselen ook met het concept ‘koude’ zouden kunnen worden verklaard. Lees het practicum door en bereid je antwoord op vraag 5.8b voor. Deze vraag bespreken we zeker. Je kunt delen van het practicum eventueel uitvoeren tijdens vakdidactiek. Stel je op als leerling. Frans Arnold zal optreden als docent / begeleider. Daarna bespreken we wat ons is opgevallen.

VI – 4.1 Behoud van warmte verder uitgewerkt Het onderdeel W5.7 uit de BAVO-KUN methode is vooral bedoeld om de wet van behoud van warmte te illustreren: als iets afkoelt staat het warmte af aan de omgeving, en daardoor zal de omgeving opwarmen. Dit is voor leerlingen helemaal niet vanzelfsprekend. Dingen kunnen immers afkoelen zonder dat de omgeving merkbaar opwarmt. Dan lijkt het of de warmte gewoon verdwijnt. Het is voor die leerlingen belangrijk om waar te nemen dat de omgeving rond de afkoelende reageerbuis inderdaad opwarmt. Als bijlage 3 is een practicum opgenomen voor 3e klas leerlingen op een internationale school. Hierin laten ze een hete reageerbuis afkoelen in een steeds groter omringend bad. (De instructies worden overigens steeds minder gedetailleerd, met opzet). Op deze wijze wordt een brug geslagen van het preconcept (‘de warmte verdwijnt’) naar de wetenschap (‘wet van behoud van warmte’). De leerling ervaart zelf dat de warmte lijkt te verdwijnen, maar dat dit alleen maar komt omdat ze heel erg dun wordt uitgespreid. Dit practicum kost veel tijd – je moet zelf beslissen of je die tijd de moeite waard vindt of niet. Bespreek je beslissing in de groep.


Pagina 2

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

VI – 4.2 Het CLP project In dit project (1984 – 1999, Marcia Linn en Nancy Songer) kregen leerlingen natuurkundeonderwijs over warmte waarbij de nadruk lag op de leerbaarheid van de aangeboden modellen. Binnen het CLP project bleek het niet mogelijk te zijn om een meerderheid van de leerlingen een actief en robuust begrip van de kinetische theorie (moleculen) bij te brengen. Als gevolg werd de instructie veranderd. Zo werden warmteverschijnselen niet verklaard met behulp van de kinetische theorie, maar met behulp van warmte als een soort vloeistof die van heet naar koud stroomt. Dit ‘warmtestroom’ model bleek wél tot actieve en robuuste kennis bij de meeste leerlingen te leiden. Het lesmateriaal concentreerde zich op preconcepten bij leerlingen zoals: •

wol houdt dingen warm;

•

metaal is koud;

•

warmte is hetzelfde als hoge temperatuur;

•

afkoelen en opwarmen zijn twee totaal verschillende processen.

Leerlingen deden véél meer experimenten dan in traditioneel onderwijs, waarbij de computer voortdurend werd ingeschakeld als hulpmiddel. Zo werd de werking van verschillende isolatiematerialen niet één keer gemeten, maar wel vier keer (met verschillende materialen, en dan ook nog over het warm dan wel koud houden van dingen). Bij iedere proef voorspelden de leerlingen wat voor grafiek eruit zou komen, en vervolgens zagen ze deze in ‘real time’ op het scherm verschijnen terwijl de meting liep. Leerlingen formuleerden conclusies uit hun experimenten en construeerden op basis daarvan algemene vuistregels (‘pragmatic principles’) die beter werken dan hun eigen preconcepten (‘intuitive conceptions’). Overigens kwam ook aan het licht dat leerlingen niet gemakkelijk afstand doen van hun preconcepten. Als b.v. voorspeld was dat A sneller zou afkoelen dan B terwijl de meetresultaten duidelijk lieten zien dat B sneller afkoelde, dan trokken leerlingen soms de conclusie dat het experiment geen duidelijk antwoord op had geleverd en bleven bij hun voorspelling. Lees eventueel het artikel van Linn en Songer (Bijlage VI-4) en formuleer een reactie.

VI – 5. Meer noties en concepten VI – 5.1 Thermisch evenwicht Het idee dat voorwerpen in dezelfde ruimte uiteindelijk dezelfde temperatuur aannemen (tenzij ze zelf warmte produceren) is voor leerlingen niet vanzelfsprekend. Het is een zeer nuttige activiteit om leerlingen met een thermometer door het lokaal te laten lopen en de temperatuur van een aantal voorwerpen te laten meten, zoals ook in het CLP project werd gedaan. Vervolgens wordt uitgelegd dat het verschil in gevoelstemperatuur ligt aan de verschillen in warmtegeleiding. Hierover moeten leerlingen zelf ook verder doorpraten. Stel je eigen leerlingen eens de volgende vraag en noteer hun antwoorden zorgvuldig: “Een metalen schaal en een glazen schaal worden in een oven gezet. De oven wordt urenlang op 100 graden Celcius gehouden. Wat denk je dat de eindtemperatuur zal zijn van a. de metalen schaal? b. de glazen schaal?” Roel Scheepens/ Frans Arnold

Pagina 3

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

Wat antwoorden ze? Ben je verrast?

VI – 5.2 Het bedenksel koude Leerlingen kunnen leren dat aluminium beter warmte / koude geleidt dan wol, en dat wol dus beter isoleert. Ze kunnen leren dat aluminiumfolie voedsel niet goed warm houdt en ook niet koel. Wol daarentegen houdt hete dingen langer warm en koude dingen langer koud. Ze kunnen leren dat er iets door de verpakking stroomt waardoor de temperatuur binnen en buiten gelijk wordt. Maar wat stroomt er, en in welke richting? Experts zeggen dat ‘warmte’ van de plaats met de hogere temperatuur naar de plaats met de lagere temperatuur stroomt. Maar leerlingen zeggen even makkelijk dat ‘kou’ ergens binnendringt, of ergens uit ontsnapt. We kunnen met behulp van een experiment niet aantonen dat het bedenksel ‘warmte’ juist is en het bedenksel ‘kou’ fout. “Warmte’ is namelijk geen substantie. Er stroomt niets materieels door het geleidende materiaal, en er valt op die manier dus niets aan te tonen. Leerlingen hebben dus best ‘een punt’ als ze de kou willen laten stromen in plaats van de warmte. Het is dan ook niet aan te bevelen om hier al te hard over te vallen. Veel belangrijker is het om leerlingen uit te dagen slechts één concept te gebruiken in alle situaties, en om niet nu eens over warmte, en dan weer over kou te spreken. Het is cruciaal dat leerlingen leren dat een veelheid aan verschijnselen kan worden verklaard met één idee, en dat natuur- en scheikunde zich bezighouden met het vinden van zulke krachtige, verklarende ideeën. Een constructivistische benadering zou zijn om de leerlingen in hun waarde te laten en ze rustig alles met het concept ‘kou’ te laten verklaren, totdat de leerlingen zelf ervaren dat dit tot geforceerde verklaringen leidt (‘vuur trekt de kou uit de omgeving weg’). Als ze gedwongen worden om voor één bedenksel te kiezen zullen de leerlingen uiteindelijk kiezen voor ‘warmte’ als verklarend begrip, en niet voor ‘kou’. Het bedenksel van een ‘warmte’ die ‘stroomt’ van A naar B is een educatief nuttig model, dat teruggrijpt op het oude caloric concept. Leerlingen kunnen vrij goed leren om het model van warmtestroom ook te gebruiken in situaties waar ze zelf spontaan eerder over ‘kou’ zouden gaan praten. Het blijft echter een bedenksel. De enige waarneming die we kunnen doen is dat voorwerpen met een verschillende temperatuur die met elkaar in contact gebracht worden na verloop van tijd dezelfde temperatuur hebben gekregen. Het is belangrijk dat leerlingen die eerste stap in ieder geval kunnen maken, los van de vraag of er iets bij stroomt en wat dan wel. We weten dat het idee van thermisch evenwicht voor leerlingen niet vanzelfsprekend is, maar dat is een ander onderwerp (zie documentatie over het CLP project).

VI – 5.2 Koper, aluminium en staal We gaan drie cilinders verwarmen, van koper, aluminium en staal, allemaal met een massa van 1 kg. a. Welke cilinder wordt het snelst warm? Welke het minst snel? Waarom? Roel Scheepens/ Frans Arnold

Pagina 4

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

b. Vervolgens laten we de hete cilinders afkoelen aan de lucht. Ze beginnen alledrie op dezelfde temperatuur. Welke cilinder koelt het snelst af? Welke blijft het langst warm? Waarom? Wat voor factoren moet je hierbij in overweging nemen? c. Je mag dit probleem ook experimenteel onderzoeken!

VI – 5.3 Kleine c en grote C Deze symbolen staan voor ‘soortelijke warmte’ en ‘warmtecapaciteit’. Een leerling vraagt: “Wat is nu eigenlijk het verschil tussen die kleine c en die grote C?” Hoe reageer je daarop?

VI – 5.4 Rekenen De volgende som komt uit Mix (3e klas, blz 299): J Een joulemeter heeft een C van 120 °C .

J Je doet 250 g olie (c=2,0!103 kg ! °C ) in de joulemeter. a. Hoeveel energie is nodig om de olie 1°C in temperatuur te laten stijgen? b. Bereken de C van de joulemeter inclusief 250 g olie. c. Bereken hoeveel energie er nodig is om de joulemeter met inhoud 14°C in temperatuur te doen stijgen. d. Je voert 5,0 kJ warmte toe. Bereken hoeveel de joulemeter met inhoud in temperatuur stijgt. Rekenen kan op veel verschillende manieren. Stel, een groot aantal leerlingen in de klas verzoekt jou om deze som klassikaal te behandelen. Hoe zou je dat doen? Geef hierover een minilesje aan je medelio’s. Bijgevoegd: •

VI – 1: Diagnostische toets

•

VI – 2: Praktikum “De kaars”

•

VI – 3: Practicum “What happens to the heat?”

•

VI – 4: Artikel van Linn en Songer

•

VI – 5: Opdrachten en leerstijlen


Pagina 5

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

Bijlage VI –1

Warmte en temperatuur – diagnostische toets 1) Wat is de meest waarschijnlijke temperatuur van ijsblokjes in het vriesvak? a) –10 °C b) 0 °C c) 5 °C d) het hangt af van de afmetingen van de ijsblokjes 2) Hans neemt zes ijsblokjes uit het vriesvak en doet er vier in een glas water. Hij laat de twee andere ijsblokjes op het aanrecht liggen. Hij roert in het glas water totdat de ijsblokjes veel kleiner geworden zijn en nauwelijks nog smelten. Wat is de meest waarschijnlijke temperatuur van het water op dat moment? a) –10 °C b) 0 °C c) 5 °C d) 10 °C 3) De ijsblokjes die Hans op het aanrecht had laten liggen zijn bijna gesmolten en liggen in een plasje water. Wat is de meest waarschijnlijke temperatuur van deze kleine ijsblokjes? a)

–10 °C

b) 0 °C c) 5 °C d) 10 °C 4) Op het fornuis staat water te koken in een fluitketel. Het water kookt wild. De meest waarschijnlijke temperatuur van het water op dit moment is a) 88 °C b) 98 °C c) 110 °C d) Geen van de bovenstaande antwoorden kan goed zijn. 5) Vijf minuten later is het water nog steeds aan het koken. De meest waarschijnlijke temperatuur van het water is nu a) 88 °C b) 98 °C


Pagina 6

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

c) 110 °C d) 120 °C 6) Wat voor temperatuur heeft de stoom vlak boven het kokende water? a) 88 °C b) 98 °C c) 110 °C d) 120 °C 7) Mijke neemt twee bekers water van 40 °C en mengt dat met één beker water van 10 °C. Wat wordt de temperatuur van het mengsel? a) 20 °C b) 25 °C c) 30 °C d) 50 °C 8) Jan vindt dat je altijd kokend water moet gebruiken als je thee zet. Hij zegt tegen zijn vrienden: “Op een berg kun je geen goede thee zetten, want water kookt niet op grote hoogte.” a) Hanna zegt: “Het kookt wel, maar kokend water is op een berg niet zo heet als hier beneden.” b) Simon zegt: “Dat is niet waar. Water kookt altijd bij dezelfde temperatuur.” c) Lou zegt: “Het kookpunt van water wordt lager, maar het water zelf is nog steeds op 100 °C.” d) Marieke zegt: “Ik ben het met Jan eens. Het water raakt op een berg nooit aan de kook.” Met wie ben je het eens? 9) Sam haalt een blikje cola en een plastic fles cola uit de koelkast. Het blikje en de fles hebben de hele nacht in de koelkast gelegen. Hij doet snel een thermometer in het blikje cola. De temperatuur is 7 °C. Wat voor temperatuur hebben de fles, en de cola die erin zit? a) Allebei minder dan 7 °C b) Allebei 7 °C c) Allebei meer dan 7 °C d) De cola is 7 °C maar de fles is warmer dan 7 °C e) Het hangt af van de maat van de fles en van de hoeveelheid cola in de fles. 10) Een paar minuten later pakt Paul het blikje cola op en vertelt aan de rest dat de plek waar het blikje heeft gestaan nu kouder aanvoelt dan de rest van het aanrecht. a) Peter zegt: “De koude is van de cola naar het aanrecht gegaan.” b) Rob zegt: “Er zit geen energie meer in de plek onder het blikje.” c) Susan zegt: “Warmte is van het aanrecht naar de cola gegaan.” d) Els zegt: “Door het koude blikje is de warmte weggestroomd van die plek naar de rest van het aanrecht.” Voor wiens uitleg kies je? 11) Janneke vraagt aan een groep vrienden: “Als ik 100 gram ijs van 0 °C en 100 gram water van 0 °C samen in het vriesvak stop, welke zal dan het meeste warmte verliezen?”


Pagina 7

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

a) Rana zegt: “het ijs.” b) Ben zegt: “het water.” c) Nick zegt: “allebei evenveel want ze zijn even koud.” d) Youri zegt: “onzin, want water van 0 °C bestaat niet.” e) Barbara zegt: “onzin, want ijs kan helemaal geen warmte verliezen.” f)

Met wie ben je het het meeste eens?

12) Melanie kookt eieren in een pan op het fornuis. Wat zit er in de bellen die in het water vormen? a) lucht b) zuurstof en waterstof gas c) waterdamp d) niets (vacuum) 13) Nadat ze eieren heeft gekookt koelt Melanie de eieren af door ze in een bak met koud water te doen. Op welke manier koelen de eieren af? a) Temperatuur wordt overgedragen van de eieren aan het koude water b) Koude gaat van het water naar de eieren c) Warme voorwerpen koelen vanzelf af d) Energie wordt overgedragen van de eieren aan het koude water 14) Janneke zegt dat ze niet graag op metalen stoelen zit omdat die “kouder zijn dan plastic stoelen.” a) Jasper is het met Janneke eens en zegt: “Ja, metaal is kouder dan plastic.” b) Kim zegt: “Metalen stoelen zijn niet kouder, ze hebben dezelfde temperatuur.” c) Lou zegt: “Ze zijn niet kouder, ze voelen alleen kouder omdat ze zwaarder zijn.” d) Mei Lan zegt: “Ze zijn kouder omdat metaal minder warmte kan verliezen dan plastic.” Wie heeft er volgens jou gelijk? Erwin Krol zegt op het nieuws dat het vannacht 5 °C wordt, tegen 10 °C afgelopen nacht. e) Jennie zegt: “Dat betekent dat het vannacht tweemaal zo koud wordt als de afgelopen nacht.” f)

Ali zegt: “Nee, 5 °C is niet tweemaal zou koud als 10 °C.”

g) Raji zegt: “Het is niet helemaal fout, maar Krol had moeten zeggen dat 10 °C tweemaal zo warm is als 5 °C.” h) Guus zegt: “Het is niet helemaal fout, maar Krol had moeten zeggen dat 5 °C half zo koud is als 10 °C.” Met wie ben je het het meeste eens? 15) Kim neemt een metalen liniaal en een houten liniaal en voelt dat de metalen liniaal kouder aanvoelt. Voor welke uitleg kies je? a) Metaal voert de warmte uit haar hand sneller af dan hout b) Hout is van nature warmer dan metaal c) De houten liniaal bevat meer warmte dan de metalen liniaal d) Metaal is een betere warmtestraler dan hout e) Metalen geven makkelijker koude af


Pagina 8

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

16) Ans neemt twee glazen flessen met water van 20 °C en wikkelt ze ieder in een theedoek. De ene theedoek is nat en de andere droog. 20 minuten later meet ze de temperatuur in iedere fles. Het water in de nat gewikkelde fles is 18 °C, en het water in de droog gewikkelde fles is 22 °C. Wat was de kamertemperatuur tijdens dit experiment? a) 26 °C b) 21 °C c) 20 °C d) 18 °C 17) Daan neemt twee pakken chokolademelk; één koude uit de koelkast en één warme van het aanrecht. Waarom voelt het pak uit de koelkast kouder aan? Het pak uit de koelkast… a) Bevat meer koude b) Bevat minder warmte c) Is een slechtere warmtegeleider d) Voert de warmte sneller weg uit Daan zijn hand e) Voert de koude sneller toe aan Daan zijn hand 18) Ronald weet niet waarom het eten in een snelkookpan eerder gaar is. (Snelkookpannen hebben een afgesloten deksel zodat de druk binnen in de pan hoger kan worden.) a) Emmie zegt: “Door de hoge druk kookt het water bij een hogere temperatuur.” b) Collien zegt: “De hoge druk produceert meer warmte.” c) Florieke zegt: “Door de hoge druk wordt de stoom heter dan het kokende water.” d) Tom zegt: “Door de hoge druk wordt de warmte beter door het voedsel verspreid.” Met wie ben je het eens? 19) Patty gelooft dat de lucht bovenin een oven heter is dan de lucht onderin. a) Frederike zegt dat het bovenin warmer is omdat warmte opstijgt. b) Sam zegt dat het bovenin warmer is omdat hete lucht opstijgt. c) Tim zegt dat het overal in de oven even heet is. d) Manon zegt dat de lucht onderin de oven heter is omdat daar de hittebron zit. Wie heeft er volgens jou gelijk? 20) Zweten helpt het lichaam om… a) Water af te voeren b) Zout af te voeren c) Warmte af te voeren 21) Anneke ontdekt dat een fietspomp na het pompen opmerkelijk warm geworden is. Welke uitleg is de beste? a) Energie is overgedragen aan de pomp b) Temperatuur is overgedragen aan de pomp c) Warmte is van haar handen naar de pomp gestroomd d) De metalen delen van de pomp hebben de temperatuur laten stijgen.


Pagina 9

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

22) Waarom dragen we truien als het koud is? a) Om de kou buiten te houden b) Om warmte te produceren c) Om warmteverlies te beperken d) Al deze antwoorden zijn goed! 23) Joset haalt waterijsjes uit het vriesvak en stelt dat de houten stokjes minder koud zijn dan het ijs zelf. a) Yvonne zegt: “Je hebt gelijk want hout kan niet zo koud worden als ijs.” b) Ivan zegt: “Je hebt gelijk want ijs bevat meer kou dan hout.” c) Ronald zegt: “Je hebt ongelijk, de stokjes zijn niet minder koud, ze bevatten alleen meer warmte.” d) Anne zegt: “Ik denk dat de stokjes en het ijs dezelfde temperatuur hebben omdat ze samen in het vriesvak hebben gelegen.” 24) Gerrie zegt op t.v. gezien te hebben hoe natuurkundigen een supergeleidende magneet maakten bij 260 °C onder nul. a) Pieter betwijfelt dit. “Zo’n lage temperatuur bestaat niet.” b) Kelly is het niet met hem eens: “Ja hoor, dat kan best, en het kan ook nog wel veel kouder.” c) Leo zegt: “Ik geloof dat die magneet dichtbij de laagst mogelijke temperatuur was.” d) Gerrie zelf is er niet zeker van: “Volgens mij kan je zulke goede warmtegeleiders helemaal niet afkoelen tot zulke lage temperaturen.” 25) Vier studenten hebben het over vroeger. Annet zegt: “Toen ik klein was deed ik mijn poppen hele dikke truien aan, maar ik begreep nooit waarom ze daar niet warm van werden.” a) Nicole zegt: “Waarschijnlijk gebruikte je poppenkleren die niet goed isoleerden.” b) Lieuwe zegt: “Waarschijnlijk waren die poppenkleren slechte warmtegeleiders.” c) Jos zegt: “Waarschijnlijk waren die poppen gemaakt van materiaal dat slecht warmte kon vasthouden.” d) Kevin zegt: “Waarschijnlijk waren die poppen gemaakt van materiaal dat maar heel langzaam opwarmt.” e) Joy zegt: “Jullie hebben het allemaal fout.” Met wie ben je het eens?


Pagina 10

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

Bijlage VI – 2

De kaars In de woorden van Michael Faraday: “Er is niet makkelijker toegang te krijgen tot het studieterrein van de natuurkunde dan door de natuurkundige verschijnselen van een kaars te beschouwen.”

1. Maak van een brandende kaars eerst eens zelf een nauwkeurige tekening, in kleur, van de pit en de vlam. Vergelijk je tekening vervolgens met een echte vlam en zoek de 10 verschillen. Leer kijken. 2. Neem een klein glazen buisje. Houd het ene eind met een knijper midden in de vlam (waar geen vlam is!). Houd bij het andere eind een brandende lucifer. Wat neem je waar? Houd het glazen buisje nu boven in het gele gedeelte van de vlam. Houd bij het andere eind een brandende lucifer. Wat is het verschil? Wat is de verklaring? 3. Steek de kaars aan. Wacht een minuut. Steek een lucifer aan, blaas de kaars uit en breng de brandende lucifer in de rook die van de lont afkomt. Vanaf hoeveel afstand kun je de kaars op deze manier weer aansteken? Wat is de verklaring? 4. Probeer een kaars zonder lont aan te steken. Waarom werkt dit niet? 5. Laat roetdeeltjes in de kaars vallen en beschrijf de beweging die je ziet. 6. Neem een koperen spiraaltje en laat dit over de kaarsvlam heen zakken. Waarom dooft de vlam? 7. Neem een stukje aluminiumfolie. Scheur het tot de helft in. Schuif de folie om de lont – onder de vlam, maar boven het gesmolten kaarsvet. Houd dit zo een tijdje vast. Wat gebeurt er? Waarom? 8. Laat een druppel water vallen in het kaarsvet van een brandende kaars. Wat gebeurt er? Wat is de verklaring? 9. Meet de temperatuur van een kaarsvlam met een thermokoppel en een computermeetprogramma zoals Coach 5 of DataStudio. 10. Beantwoordt de volgende vraag: WAT BRANDT ER PRECIES BIJ EEN BRANDENDE KAARS? Lever je antwoorden in.


Pagina 11

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

Bijlage VI – 3

Waar blijft de warmte? naam:……………………………….. Statief, klem, stopwatch, thermometer, klein bekerglas, groot bekerglas, reageerbuis met kurk. Als heet water afkoelt, waar blijft dan de warmte? Verdwijnt de warmte, of gaat die in de omgeving zitten? Je gaat nu een reageerbuis met heet water laten afkoelen in verschillende situaties. Noteer de begintemperatuur en de eindtemperatuur van het water in de reageerbuis, en ook van de omgeving. Zorg ervoor dat je een eerlijk onderzoek doet: Gebruik telkens dezelfde hoeveelheid heet water in de reageerbuis (half vol = 10 ml). Laat de reageerbuis telkens even lang afkoelen (kies zelf voor 5 of 10 minuten). Roer het water voordat je de temperatuur afleest. Meet de begintemperatuur vlak voordat je de stopwatch indrukt. Begintemperatuur = temperatuur op het moment dat je de stopwatch start. Eindtemperaruut = temperatuur op het moment dat je de stopwatch stopt.

Vul na afloop van je onderzoek hieronder in wat je ervan geleerd hebt. Wat ik heb geleerd:


Pagina 12

01-09-2005

NASK

A

Opdracht VI

De reageerbuis koelt af in een klein bekerglas met koud water.

begintemperatuur bekerglas = _____°C eindtemperatuur bekerglas

= _____°C

=================================== verschil

= _____°C begintemperatuur reageerbuis

= _____°C

eindtemperatuur reageerbuis

= _____°C

=================================== verschil

= _____°C

Verklaar je resultaten.


Pagina 13

01-09-2005

NASK

B

Opdracht VI

De reageerbuis koelt af in een groot bekerglas met koud water.

begintemperatuur bekerglas = _____°C eindtemperatuur bekerglas

= _____°C

=================================== verschil

= _____°C begintemperatuur reageerbuis

= _____°C

eindtemperatuur reageerbuis

= _____°C

=================================== verschil

= _____°C

Je hebt nu andere resultaten dan in A. Noem twee verschillen.

Verklaar de verschillen.


Pagina 14

01-09-2005

NASK

C

Opdracht VI

De reageerbuis koelt af in de lucht.

Noteer zelf de begintemperatuur en de eindtemperatuur van de reageerbuis en van de omgeving.

Noem twee verschillen met je resultaten in B.

Verklaar de verschillen.

Ruim je spullen op en vul daarna op de voorpagina in wat je van dit onderzoek hebt geleerd.


Pagina 15

01-09-2005

NASK

Opdracht VI

Bijlage VI - 5 Warmte en temperatuur – hoe kom je tegemoet aan verschillende leerstijlen? bron: http://www.nijghversluys.nl/ondersteuning/leerstijl/index.html

Lescyclus voor dromers Bedenk wat er gebeurt als je water kookt beschrijf het verhittingsproces (dromen) Bestudeer het hoofdstuk over verhitting (denken) Bedenk wat het verhittingsproces doet met andere materialen en kies een materiaal waarmee het experiment kan worden uitgevoerd (beslissen) Verhit het gekozen materiaal (doen) Observeer de veranderingen gedurende het verhittingsproces, noteer wat je ziet en vergelijk je aantekeningen met de theorie (dromen).

Lescyclus voor denkers Bestudeer de theorie over verhitting (denken) Voorspel aan de hand van de theorie welke veranderingen optreden bij de volgende materialen (..) (beslissen) Toets de juistheid van je voorspelling bij een van de materialen door het daadwerkelijk te verhitten (doen) Observeer het verhittingsproces en beschrijf wat je ziet (dromen) Toets je praktijkervaring aan de theorie (denken).

Lescyclus voor beslissers Bestudeer de vijf uitgangspunten over verhitting Kies een materiaal waarmee het experiment kan worden uitgevoerd (beslissen) Verhit het gekozen materiaal en noteer de veranderingen gedurende het verhittingsproces (doen) Vergelijk de praktijkervaringen met de uitgangspunten (dromen) Bestudeer het hoofdstuk over verhitting (denken) Bedenk wat het verhittingsproces doet met andere materialen (beslissen).

Lescyclus voor doeners Verhit een materiaal (doen) Observeer het verhittingsproces en noteer de veranderingen (dromen) Bestudeer het hoofdstuk over verhitting (denken) Bedenk wat het verhittingsproces doet met een ander materiaal (beslissen) Voer dit experiment uit (doen). Roel Scheepens/ Frans Arnold

Pagina 16

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

VII. Elektriciteit Als je Domein C van de basisvorming er op naslaat valt op dat elektriciteit in de basisvorming zich alleen bezighoudt met elektriciteit in en om huis. De nadruk ligt op toepassingen en veiligheid, en zeker niet op theorievorming. Centraal in de basisvorming staat de huisinstallatie, en dan in het bijzonder de zekeringen, de kWh-meter en de aardlekschakelaar. Verder is het ten zeerste aan te bevelen een videoband te vertonen over de elektriciteitsvoorziening en leerlingen hierover een werkblad te laten invullen. In de meeste leerboeken voor HAVO en VWO wordt in de derde klas wel verder gegaan en veel meer gerekend aan allerlei schakelingen. Daar is op zich niets mis mee; men kan zich alleen afvragen hoeveel formules eigenlijk nodig zijn. Ik zou ervoor willen pleiten om in de derde klas HAVO / VWO de nadruk te leggen op het kwalitatief redeneren over schakelingen, en om de formules te beperken tot U=IR . In de vierde klas worden bij natuurkunde alle formules in elk geval opnieuw behandeld.

VII – 1. Het gevaar van elektrische stroom De eerste bijlage is een artikel over de gevaren van elektrische stroom. Leerlingen komen regelmatig aanzetten met de volgende vraag: “Krijg je nou een elektrische schok van de spanning, of van de stroom?” Opdracht VII-1:Formuleer een reactie op deze leerlingvraag nadat je het artikel hebt gelezen.

VII – 2. Preconcepten over elektriciteit Opdracht VII-2.1: Bestudeer van “Children’s Ideas” hoofdstuk 3. Zet de modellen die leerlingen hanteren op een rij. Bijlage 2 is een begripstest Elektriciteit. Er is verband met “Children’s Ideas. Uit leerlingantwoorden op deze en andere toetsen blijken de volgende preconcepten of misconcepten vaak voor te komen: 1. Er wordt stroom verbruikt in een elektrisch apparaat. De stroomsterkte voor een lampje zal groter zijn dan de stroomsterkte achter het lampje. 2. De batterij of het stopcontact geeft altijd evenveel stroom. Als je de schakeling verandert, verandert de stroomsterkte door de batterij niet. 3. Als je iets verandert in een schakeling heeft dat alleen invloed ‘achter’ de component (stroomafwaarts) maar niet ervoor (stroomopwaarts). 4. Stroom en spanning zijn eigenlijk hetzelfde. 5. Stroom wordt in parallelschakelingen altijd gelijkelijk verdeeld. Opdracht VII-2.2: Geef bij iedere vraag van de test aan wat jij denkt dat het meest populaire foute antwoord zal zijn, en welk misconcept of preconcept hiervoor verantwoordelijk is. Succes!

Roel Scheepens

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

VII – 3. Analogieën VII – 3.1 Analogieën op een rij 1. Het flatgebouw. Mensen (elektronen) gaan omhoog in een lift (spanningsbron) en lopen langs trappen (weerstanden) weer naar beneden. 2. Het watermodel. Water wordt rondgepompt in een circuit. De oorzaak van de stroming is het drukverschil dat door de pomp in stand wordt gehouden. Weerstanden worden verbeeld door smallere stukken buis. 3. De fietsketting. De ketting is de stroomkring. De energie wordt geleverd door de trappers en de spanning is te voelen aan de ketting, die boven strak en onder slap is. Het achterwiel zet de energie om in de beweging van de fiets. 4. De centrale verwarming. Het water wordt in de ketel verhit. De warmte wordt door het water getransporteerd in in verschillende kamers afgegeven. Het afgekoelde water komt weer terug in de ketel. 5. Het rugzakjesmodel. Poppetjes met rugzakjes lopen rond in een kring. In de spanningsbron worden de rugzakjes volgemaakt met energie, die bij de verbruiker weer worden afgegeven. De rugzakjes zijn altijd weer leeg aan het eind van de kring. 6. Het touwmodel. Een gesloten kring van touw ligt strak om één of meerdere palen. Iemand trekt het touw in de rondte (d.c.) of heen en weer (a.c.). In beide gevallen worden de plekken waarlangs het touw schuurt warm (warmteproductie in de weerstanden). 7. Het autootjes model. Auto’s worden volgetankt in het tankstation (de spanningsbron). Vervolgens rijden ze rond op een circuit waarbij ze al hun brandstof precies opmaken in één rondje. Het circuit bestaat uit smalle en brede stukken en is helemaal vol met auto’s. De auto’s hebben alleen een flinke vaart als ze één voor één over de smalle stukken rijden; op de rest van het circuit staan ze eigenlijk alleen maar in de file te wachten tot ze aan de beurt zijn om weer over een smal stuk te rijden. Opdracht VII-3.1. Vat de modellen samen door een tabel in te vullen waarbij je voor ieder model aangeeft welke onderdelen van het model corresponderen met de volgende begrippen uit de elektriciteitsleer: •

Stroomkring

•

Spanningsbron

•

Stroomsterkte

•

Weerstand

•

Lading

•

Potentiaalverschil

Opdracht VII-3.2: Doe een consumentenonderzoek naar deze 7 modellen door ze te testen op een aantal criteria: •

Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken dat de stroomsterkte toeneemt als de spanning toeneemt bij gelijke weerstand? Hoe overtuigend is dit?

•

Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken dat de stroomsterkte bij een bepaalde spanning afhangt van de totale weerstand in de kring?

Roel Scheepens

Pagina 2

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

•

Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken wat er gebeurt als je weerstanden in serie zet?

•

Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken wat er gebeurt als je weerstanden parallel zet?

•

Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken wat er gebeurt bij kortsluiting?

•

Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken hoe wisselstroom werkt?

VII – 3.2 De wateranalogie De wateranalogie is uitvoerig bestudeerd door Schwedes en Dudeck, wier artikel is bijgevoegd. Hoe ver gaat de analogie tussen de stroom van water door een buis, en de stroom van elektronen door een draad? Opdracht VII-3.2 Lees het artikel en formuleer een reactie.

VII – 4. Modellen In plaats van te werken met analogieën is het natuurlijk ook mogelijk om te werken met modellen die zouden moeten benaderen wat er ‘echt’ gebeurt in de stroomkring. In “Children’s Ideas” heb je kunnen zien welke modellen kinderen zoal hanteren.

VII – 4.1 Jouw eigen voorstelling Opdracht VII-4 1: Schets in woorden en/of plaatjes hoe jij je voorstelt dat lading door een draad beweegt in een stroomkring. Vergelijk met je mede-lio’s en bespreek dit in de groep.

VII – 4.2 Ladingsdichtheid Aan de Vrije Universiteit van Amsterdam is een model ontwikkeld dat uitgaat van “ladingsdichtheid”. In de lesmethode DBK voor de bovenbouw wordt dit model expliciet gehanteerd. Er is ook een simulatieprogramma (van dezelfde leverancier die ook Coach5 levert) getiteld elektriX waarin hetzelfde model wordt toegepast. Ter illustratie hier een schermafbeelding:

Roel Scheepens

Pagina 3

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

In de simulatie lopen de kleine mintekentjes (de elektronen) van de minpool naar de pluspool van de batterij. Vlak bij de minpool is de ladingsdichtheid hoog, en vlak bij de pluspool is die dichtheid laag. Tussen de componenten in neemt de ladingsdichtheid tussenliggende waarden aan. Als voordelen van het model noemen de makers: 1. Het model is direct gekoppeld aan het object, er wordt niet gevlucht in analogieën die overduidelijk geen werkelijkheidswaarde hebben; 2. Stroom wordt voorgesteld als bewegende elektronen die van de minpool naar de pluspool lopen, dit heeft een hoge werkelijksheidswaarde; 3. Spanning wordt voorgesteld als verschil in elektronendruk; 4. Het feit dat veranderingen in de schakeling niet alleen lokaal invloed hebben valt beter te begrijpen; 5. Het raadsel hoe elektronen kunnen ‘weten’ hoeveel energie ze moeten afstaan bij een lampje, als er daarna nog een komt, is beter te begrijpen als het gevolg van lokale verschillen in elektronendruk; 6. Een batterij wordt niet langer gezien als een ‘gever’ van energie aan de elektronen, maar als een pomp die in staat is een constant verschil in elektronendruk (of ladingsdichtheid) te handhaven. Een erkend nadeel van dit model is dat leerlingen het foutieve idee zouden kunnen krijgen dat lading wordt ‘opgebruikt’ in de stroomkring, omdat je er rechts meer van ziet dan links. De bewegende beelden van de dynamische simulatie moeten helpen om zulke misconcepten te voorkomen. Opdracht VII-4.2: Formuleer een reactie. Roel Scheepens

Pagina 4

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

VII – 4.3 Electric Pressure” In het CASTLE project wordt uitgegaan van vrijwel hetzelfde model van ladingsdichtheid en elektronendruk, alleen wordt hier nog een belangrijke versimpeling doorgevoerd: er wordt niet gesproken over elektronen, maar lading wordt behandeld als een continue, compressibele vloeistof. Evenzeer als in het Amsterdamse model wordt hier een verandering nagestreefd in de wijze waarop leerlingen zich elektrische stromen voorstellen. Het simpele model dat leerlingen zich spontaan vormen luidt ongeveer als volgt: Sluit batterij aan ! lading beweegt door het lampje ! lampje licht op. Dit model zou moeten worden vervangen door een meer subtiel begrip, als volgt: Sluit batterij aan ! lading wordt verplaatst ! er ontstaat elektrische druk over het lampje ! lading wordt door het lampje geduwd ! lampje licht op. In het CASTLE materiaal wordt veel met condensatoren gewerkt om de ladingsopbouw te vertragen en zichtbaar te maken. Ze gebruiken ook een leuke ampèremeter: een kompas! In bijlage 4 is een pleidooi (uit het CASTLE project) voor het uitleggen van spanning als “elektrische druk”, in plaats van als “zoveel energie per coulomb”. Opdracht VII-4.3: Lees deze bijlage en formuleer een reactie.

VII – 5. Gedrag van schakelingen In vraag 13 van de begripstoets (zie eerder) kwam al het redeneren over schakelingen aan de orde. Hierbij gaat het om de vaardigheid om uitspraken te doen over het gedrag van schakelingen zonder daarbij al te zwaar op formules te leunen.

VII – 5.1 Simpele schakelingen Als bijlage 5 zijn 2 bladzijden overgenomen uit een Engels werkboek over elektriciteit voor de 3e klas. Er komen diodes en variabele weerstanden in voor, en ook zijn de symbolen voor lampjes en weerstanden niet zoals wij gewend zijn. Waar het echter om gaat is dat er honderden vragen te bedenken zijn over de meest eenvoudige schakelingen zonder dat er gerekend hoeft te worden. Opdracht VII-5.1: Bekijk de opgaven, maak er zelf een paar, en ga na in hoeverre dit soort vragen ook in je eigen lesmethode terug te vinden is.

Roel Scheepens

Pagina 5

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

VII – 5.2 Vier identieke lampjes De volgende opgave komt uit een eindexamen IB Physics Standard Level, 1999. Het niveau van Physics SL is te vergelijken met HAVO. Ook hier moet geredeneerd worden zonder dat er om berekeningen wordt gevraagd.

A

C

B

D

Opdracht VII-5.2: 1. Ga er eerst vanuit dat de lampjes een constante weerstand hebben. Rangschik de lampjes op felheid en geef je redenering. 2. De lampjes zijn echter geen Ohmse weerstanden. Als ze heet worden neemt hun weerstand toe. Wat voor effect heeft dit op het gedrag van de lampjes in de schakeling hierboven? 3. Wat wijst de voltmeter bij lampje D aan? Wat gebeurt er met deze waarde als lampje D doorbrandt? Succes met de beantwoording van de vragen!

VII – 5.3 Schakeling in een zwarte doos Een practicum activiteit voor leerlingen waar weinig aan kapot kan gaan is het uitvogelen van de schakeling die in een doos verborgen is. Uit de doos steken alleen de lampjes die met elkaar verbonden zijn. De vraag is: staan ze in serie, of parallel? En hoe dan? Doosjes met drie lampjes zijn leuk om mee te beginnen. Als de leerlingen het spelletje doorhebben zijn 4 of 5 lampjes ook geen probleem meer. Opdracht VII-5.3: Wat leren leerlingen van deze activiteit?

VII – 5.4 En als er dan toch gerekend moet worden… Bijlage 6 bestaat uit een werkblad voor leerlingen in de 3e klas die net U=IR hebben geleerd en hiermee aan de slag moeten. In dit werkblad wordt met opzet deductief gewerkt: eerst passen de leerlingen zelf de theorie toe, en daarna meten ze wat er “echt” gebeurt. Vervolgens schrijven ze een conclusie over de relatie tussen theorie en experiment. Opdracht VII-5.4: Vergelijk deze werkwijze met je eigen practicum in de 3e klas. (Schakelingen zijn onder andere handig te tekenen met het programma Crocodile Clips 2.0, gedownload van het volgende internetadres: http://www.circuitsonline.f2s.com/download/. Via kopiëren en plakken belandt de schakeling zonder problemen in een tekst document. ) Roel Scheepens

Pagina 6

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

Bijlage VII – 2

Begripstest elektriciteit (papierversie van een elektronische toets) Deze toets is een bewerking van een al langer bestaande toets die bij DBK werd / wordt gebruikt aan het begin van de vierde klas. 1. In welke van de afgebeelde schakelingen zal het lampje branden?

Vink alle goede antwoorden aan. ! ! ! !

A B C D

2. Een lampje is aangesloten op een batterij en brandt. Welke uitspraak is waar? ! ! !

Het lampje verbruikt alle lading die er doorheen stroomt. Het lampje verbruikt een deel van de lading die er doorheen stroomt. Het lampje verbruikt geen enkele lading.

3. Hieronder staan enkele zinnen over elektrische spanning en elektrische stroom. Welke uitspraak is correct? ! ! ! !

Elektrische spanning en elektrische stroom komen altijd samen voor. Het menselijk lichaam kan geen spanningen van 10 000 V verdragen. Elektrische stroom kan nooit zonder een elektrische spanning voorkomen. Een kleine elektrische spanning kan een grote elektrische stroom leveren.

Roel Scheepens

Pagina 7

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

4. Je ziet hier een lampje door twee draden verbonden met een batterij. Het lampje brandt. In de witte draad stroomt lading in de richting van het lampje.

Vink het juiste antwoord aan. ! ! !

In de zwarte draad stroomt geen lading. In de zwarte draad stroomt lading van het lampje naar de batterij. In de zwarte draad stroomt lading van de batterij naar het lampje.

5. Zelfde situatie als vraag 4. Vink het juiste antwoord aan. ! ! !

De stroomsterkte stroomsterkte in De stroomsterkte maar niet nul. De stroomsterkte

in de zwarte draad is het zelfde als de de witte draad. in de zwarte draad is kleiner dan in de witte draad, in de zwarte draad is nul.

6. Bekijk de schakeling. Alle lampjes zijn gelijk. Eén zo'n lampje brandt bij een spanning van 2V met normale felheid.

Lampje X brandt... ! ! ! !

normaal bijzonder fel zwak helemaal niet

Roel Scheepens

Pagina 8

01-09-2005

NASK

Opdracht VII







9. Vijf gelijke lampjes worden in serie op een batterij aangesloten.

Vink het goede antwoord aan. ! ! !

Alle lampjes branden even fel. Lampje 5 brandt het felst. Lampje 1 brandt het felst.

Roel Scheepens

Pagina 9

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

10. Hoe groot is in deze stroomkring de spanning tussen de punten 1, 2, 3 en 4?

!

1 en 2: 6 V 2 en 3: 6 V 3 en 4: 6 V

!

1 en 2: 6 V 2 en 3: 6 V 3 en 4: 0 V

!

1 en 2: 0 V 2 en 3: 6 V 3 en 4: 0 V

!

1 en 2: 0 V 2 en 3: 0 V 3 en 4: 0 V

11. In de schakeling van vraag 10 wordt een tweede (identiek) lampje geplaatst. Hoe verandert nu de spanning tussen punten 1, 2, 3 en 4?

Vink het juiste antwoord aan. ! ! ! !

De De De De

spanning tussen spanning tussen spanning tussen totale spanning

1 en 2 neemt af. 2 en 3 neemt af. 3 en 4 neemt af. neemt af.

12. De lampjes in deze stroomkring zijn alle gelijk. De batterij levert een stroomsterkte van 1,2 A.

Hoe groot is de stroomsterkte door ieder lampje?

Roel Scheepens

Pagina 10

01-09-2005

NASK ! ! ! !

Opdracht VII allemaal allemaal onderste onderste

0,4 1,2 0,6 1,2

A A A, bovenste twee ieder 0,3 A A, bovenste twee ieder 0,6 A

13. Een lampje wordt op drie manieren A, B en C verbonden met een spanningsbron.

In welke schakeling brandt het lampje het felst? ! ! ! !

In schakeling A In schakeling B In schakeling C Het maakt niet uit

14. De schakeling toont een batterij, een weerstand, een lampje en een schakelaar. Het lampje brandt.

Wat gebeurt er als de schakelaar wordt ingedrukt? ! ! ! !

Niets. Het lampje gaat uit. Het lampje gaat zwakker branden. Het lampje gaat feller branden.

Roel Scheepens

Pagina 11

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

Bijlage VII – 5

Stroomsterkte en spanning voorspellen en meten Bij de volgende metingen mag je iedere spanning gebruiken die je wilt (0-15V). Zet de spanningsbron op een bepaalde waarde, maar houd deze waarde verder wel aan. Deze oefening heeft twee doelen: I.

Oefenen in het gebruik van voltmeters en ampèremeters;

II.

Zelf nagaan of de formule U=IR in de praktijk te vertrouwen is.

Schakeling 1

180 "

Meet de spanning over de 180 " weerstand:

Ugemeten = ______________ V

Voorspel de stroomsterkte in de 180 " weerstand:

I voorspeld =

U .................V = = ................... A R 180!

Meet nu de stroomsterkte met een ampèremeter:

Igemeten = _______________A

CONCLUSIE:

Roel Scheepens

Pagina 12

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

....................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................

Schakeling 2 Meet de stroomsterkte in de kring:

180 "

Rx

Igemeten = _______________ A Voorspel de spanning over de 180 " weerstand:

U voorspeld = I " R = .......... "180! = ..............V Meet nu de spanning over de 180 " weerstand:

Ugemeten = ________________ V

CONCLUSIE: ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................

Meet de totale spanning over beide weerstanden: Roel Scheepens

Utotaal = _____________ V

Pagina 13

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

Voorspel de spanning over de weerstand Rx:

Ux,voorspeld = _______________ V

Meet nu de spanning over Rx:

Ux,gemeten = _______________ V

CONCLUSIE: ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................

Schakeling 3 A

180 "

Rx

Meet de stroomsterkte op punt A:

I = ________________ A

Meet de spanning van de bron:

U = ________________ V

Voorspel de stroomsterkte in de 180 " weerstand:

I voorspeld =

U .................V = = ................... A R 180!

Meet nu de stroomsterkte in de 180 " weerstand:

Roel Scheepens

Pagina 14

Igemeten= __________________ A

01-09-2005

NASK

Opdracht VII

Gebruik je waarde voor Rx om de stroomsterkte in Rx te voorspellen:

I voorspeld =

U .................V = = ................... A Rx .............!

Meet nu de stroomsterkte in Rx met een ampèremeter:

Igemeten = __________________ A

CONCLUSIE: ....................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................

Roel Scheepens

Pagina 15

01-09-2005

NASK

Roel Scheepens

Opdracht VII

Pagina 16

01-09-2005

NASK

Opdracht VIII

VIII. SCHEIKUNDE: VERDWIJNEN EN ONTSTAAN VIII – 1. De opzet Het eerste inhoudelijke domein B van de kerndoelen gaat over scheikunde. Het is niet zonder betekenis, dat het domein heet: Stoffen en materialen in huis. Maar sterker dan bij de natuurkundige onderwerpen brengt de gekozen context beperkingen met zich mee. Immers, de wetmatigheden en "sfeer" van natuurkundige onderwerpen als mechanica en elektriciteit hoeven door de keuze van een context uit het dagelijkse leven niet wezenlijk te verschillen van die uit de "echte" natuurkunde. Maar bij de chemie ligt dat anders. Weliswaar is het hechten van verfstoffen aan haar, al dan niet via hulpstoffen, een chemisch proces, maar dat kun je niet waarnemen, je moet het concluderen. We zullen daarom wel kijken naar de scheikunde in onze leerboeken, maar het onderwerp uitbreiden met enkele proeven waarbij evident sprake is van scheikunde, namelijk van verdwijnen en ontstaan.

VIII – 2. Scheikunde in huis, leerlingdenkbeelden Opdracht VIII-2.1:Bekijk de kerndoelen domein B. Welke concepten mis je, als je denkt aan onderwijs voor leerlingen, die na klas 3 wèl, en aan leerlingen die daarna niet exact gaan? Opdracht VIII-2.2:Leg ook verband met domein H, Stoffen en scheikundige reacties. Opdracht VIII-2.3:Bestudeer van “Children’s Ideas”Hoofdstuk 8. Bespreek met medelio’s en docenten. Heeft deze studie nog invloed op jouw antwoorden op de vorige vragen?

VIII – 3. Mengen, wrijven en soepbordchemie Bij de behandeling van schoonmaakmiddelen komen meestal heel kort de begrippen zuur en base aan de orde. Daarbij worden ook indicatoren gebruikt. Het is opmerkelijk, dat veel leerlingen hierbij niet op de idee komen dat we te maken hebben met een chemische reactie; er wordt gewoon iets aangetoond! Dat wordt anders als we oplossingen met indicator, bijvoorbeeld base met fenolthaleïen laten reageren met zuur. Maar als we de proef in omgekeerde volgorde uitvoeren is het alweer de vraag of alle leerlingen er een reactie in zien. Er zijn genoeg proeven die onmiskenbaar chemische reacties zijn. Kenmerkend is daarvoor, dat evident sprake is van verdwijnen en ontstaan: er gebeurt iets geks.

Twee voorbeelden I. In Natuur- en scheikunde voor de basisvorming van de BAVO-werkgroep komt de volgende proef voor (de benodigdheden staan klaar): A. Je gaat straks suikerpoeder in een mortier met stamper samenwrijven met blauwvitriool. Voorspel wat je zult waarnemen, voer vervolgens uit. Klopt je voorspelling. Frans Arnold

Pagina 1

01-09-2005

NASK

Opdracht VIII

B. Dan ga je zwavelpoeder wrijven met blauwvitriool. Voorspel, voer uit. Klopt het? C. Tenslotte wrijf je sulfidepoeder met blauwvitriool. Voorspel, voer uit. Klopt het? II. De vakdidacticus Dr. Wobbe de Vos (jullie bekend van de bradito's en grabollen) heeft in de lesmethode "Chemie in 1000 vragen", die helaas beperkt is gebleven tot de derde klas, het begrip soepbordchemie ingevoerd. Het is inderdaad scheikunde die in soepborden of kleinere schoteltjes kan worden uitgevoerd, maar petrischalen zijn zeker zo handig, vooral omdat je dan gebruik kunt maken van verschillend gekleurde ondergrond. Het komt erop neer, dat op de bodem van een schaaltje een dun laagje water wordt aangebracht; vervolgens worden dan aan twee zijden korreltjes van stoffen gebracht, die met elkaar kunnen reageren. Min of meer in het midden is dan reactie zichtbaar in de vorm van een neerslag, dat bij voorkeur een andere kleur heeft dan de reagentia, of van gasbelletjes. Opdracht VIII-3.1: Voer de wrijfproeven uit. Vind je de geur een bezwaar? Verzin eventueel een alternatief. Opdracht VIII-3.2: Maak zowel voor de wrijfproeven als voor de soepbordproeven een tabel van allerlei combinaties van reagentia, diedaarvoor geschikt zijn. .Laat je inspireren door de kerndoelen maar gebruik ook je eigen fantasie en eventueel BINAS. Opdracht VIII-3.3: Maak een werkblad voor leerlingproeven wrijven of soepbordchemie. Opdracht VIII-3.4: Wat wil je dat leerlingen aan deze proeven overhouden?

VIII – 4. Synthese Opdracht VIII-4.1: Wijs heel precies aan waar in “jouw”leerboek de scheikunde voor de leerlingen zichtbaar kan worden. Vermeld zonodig ook wat jij zou ondernemen om die zichtbaarheid te verhogen. Opdracht VIII-4.2: Controleer de uitvoerbaarheid, duidelijkheid en didaktische functie van het practicum in “jouw” leerboek. Commentaar? Opdracht VIII-4.3: Hoe zou jij de wrijf- en soepbordproeven in “jouw”methode gebruiken?

Frans Arnold

Pagina 2

01-09-2005

NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE ONDERBOUW

Recommend Documents