VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR ONDERWIJS LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS. BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO

VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR ONDERWIJS LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS

BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO Eerste en tweede leerjaar

Licap - Brussel D/1999/0279/047

september 1999

INHOUD

LESSENTABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

TV

LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW . . . . . . . . 7 BIOTECHNIEK

TV

LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW . . . . . . . 27 LABORATORIUM BIOTECHNIEK

TV

LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW . . . . . . . 43 TOEGEPASTE BIOLOGIE

TV

LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW . . . . . . . 67 TOEGEPASTE CHEMIE

TV

LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW . . . . . . . 89 TOEGEPASTE FYSICA

D/1999/0279/047

3

Biotechnische wetenschappen 3de graad TSO

Lessentabel Zie website: www.vvkso.be

BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO TV LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW BIOTECHNIEK Eerste leerjaar: 3 uur/week Tweede leerjaar: 3 uur/week

In voege vanaf 1 september 1999

D/1999/0279/047

Biotechniek D/199/0279/047

7


INHOUD 1

BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2

ALGEMENE DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3

ALGEMENE PEDAGOGISCH -DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4

OVERZICHT VAN DE LEERINHOUDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

5

LEERPLANDOELSTELLINGEN, LEERINHOUDEN EN PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.3 5.4 5.5 5.6

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Voeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Milieuleer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Productie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technologische processen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biotechnologische processen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

7

MINIMALE MATERIELE VEREISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

8

BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.1 5.2


8

12 12 17 19 19 20 22 22


1

BEGINSITUATIE

De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van het vak Biotechniek van de tweede graad gelden als beginsituatie. De leerlingen hebben in het vak Biotechniek van de tweede graad voldoende kennis en inzicht verworven in volgende leerinhouden: ! de levensgemeenschap; ! de bodem; ! de invloed van abiotische factoren op het leven van plant en dier; ! voedingsmiddelen; ! inleiding tot de milieuproblematiek. Verder hebben ze in de tweede graad een sterke basiskennis verworven in de vakken Biologie, Chemie en Fysica ter ondersteuning van het vak Biotechniek. 2 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 3

ALGEMENE DOELSTELLINGEN Begrippen verworven in de tweede graad op een hoger niveau beheersen. Ecologie beschouwen als een zelfstandige tak van de natuurwetenschappen die relaties tussen organismen en hun milieu bestudeert. Zich ervan bewust zijn dat Ecologie een wetenschap is waarin de wetenschappelijke onderzoeksmethode gehanteerd wordt. Verklaren dat een goede voeding één van de voorwaarden is om planten toe te laten te groeien en een hoge opbrengst te geven. Verduidelijken dat de industrie via allerlei technologische processen ervoor zorgt dat de consument voedsel van hoge kwaliteit, veilig voor zijn gezondheid bekomt. Toelichten dat een hoge productie, van goede kwaliteit, niet alleen mogelijk is via aangepaste teelttechnieken, maar ook via het telen van steeds betere rassen bekomen door veredeling. Inzien dat een kwaliteitsvolle plantengroei en opbrengst bekomen worden door op één of andere manier ziekten en plagen te bestrijden. Verklaren waarom wij er alles moeten aan doen om te zorgen voor een proper milieu. Verklaren waarom hierover wetgeving en controle noodzakelijk zijn. Inzicht verwerven in een aantal technologische en biotechnologische processen. ALGEMENE PEDAGOGISCH -DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN

Het vak Biotechniek steunt op de verworvenheden in de tweede graad, zie hiervoor de beginsituatie. Sommige onderwerpen komen meer uitgediept terug aan bod in de derde graad waardoor er hierover een hoger beheersingsniveau van de leerlingen mag verwacht worden. Men zal de leerlingen doen inzien dat zorg voor een proper milieu bijdraagt tot een gezonde leefomgeving, voor ons en voor ons nageslacht waarbij tegelijk economische bedrijvigheid en landbouw mogelijk blijven. Om de leraar behulpzaam te zijn bij het opstellen van de jaarplanning kan volgende urenverdeling voorgesteld worden rekening houdend met 75 lesuren per leerjaar.


9


EERSTE LEERJAAR

Aantal lesuren

1 Ecologie 2 Voeding

45 30 TWEEDE LEERJAAR

3 4 5 6

4

Milieuleer Productie Technologische processen Biotechnologische processen

25 25 14 11

OVERZICHT VAN DE LEERINHOUDEN

EERSTE LEERJAAR 1

Ecologie

1.1

Biosfeer

! ! 1.2 ! ! ! ! ! 1.3 ! 1.4 ! 2

De aarde als bron van leven Biologisch evenwicht Ecologische begrippen Basisbegrippen Niveaus in verband met ecologie Kringloop van enkele elementen Waterkringloop Energieflux en productiviteit Biotopen in ons land Belangrijke biotopen Inbreng van de mens Praktijktoepassingen Voeding

2.1 Voeding van de plant ! ! ! !

Voedingselementen Meststoffen Bodemonderzoek Hydrocultuur


10


2.2 ! ! !

Voeding van mens en dier Voedingsmiddelen Voedingswaarde Technologische aspecten

TWEEDE LEERJAAR 3 ! ! ! !

Milieuleer Verontreiniging van lucht, water en bodem Afvalproblematiek Mestoverschot Wetgeving in verband met afval en mestoverschot

4

Productie

4.1

Selectie bij plant en dier

! ! 4.2 ! ! ! ! 4.3

Basisprincipes Selectietechnieken Bescherming tegen ziekten en plagen Noodzaak Maatregelen Curatieve beschermingsmethodes Voor- en nadelen van beschermingsmethodes Processen van bewaring

Onder andere: ! drogen ! temperatuurbehandeling ! lyofilisatie ! bestralen ! luchtconditionering 4.4 ! ! ! ! !

Kwaliteit van het voedsel Factoren Methodes Kwaliteitsbeoordeling Etikettering Wetgeving


11


5

Technologische processen

! ! ! !

Suikerbereiding Margarinebereiding Productie van zetmeel en derivaten Biodiesel

6

Biotechnologische processen

! ! ! ! !

Traditionele processen Moderne processen Genetische manipulatie Productie van enzymen Toepassingen

5

LEERPLANDOELSTELLINGEN, LEERINHOUDEN EN PEDAGOGISCHDIDACTISCHE WENKEN

EERSTE LEERJAAR

5.1

Ecologie

5.1.1

Biosfeer LEERINHOUDEN

LEERPLANDOELSTELLINGEN !

De biosfeer omschrijven.

Het begrip 'biosfeer'

!

De wisselwerking tussen de sferen waardoor het leven op aarde ontstaan en geëvolueerd is beschrijven.

De aarde als bron van leven

!

Het belang van het behoud van kwaliteit van bodem, lucht en water voor het biologisch evenwicht verklaren.

Biologisch evenwicht

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN

De biosfeer kan omschreven worden als de bovenste laag van de aardkorst met inbegrip van het voorkomende water en de onderste laag van de atmosfeer waarin levende organismen zonder nadelige gevolgen kunnen voorkomen. In de biosfeer werken de levende organismen samen met het fysisch milieu op elkaar in.


12


Hierin zijn begrepen de delen van de hydrosfeer (water), de atmosfeer (lucht) en de lithosfeer (land, gesteenten) die door levende organismen worden ingenomen. Het biologisch evenwicht wordt hier op een eenvoudige wijze omschreven. De definitie wordt weergeven in het volgende punt. Voor de behandeling van dit punt zijn er afspraken nodig met de leraar Aardrijkskunde. 5.1.2

Ecologische begrippen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Ecologische basisbegrippen hanteren.

Bioom, habitat, niche, densiteitsregulatie en successie

!

De niveaus waarop de ecologie zich situeert weergeven.

Organisme, populatie, levensgemeenschap, ecosysteem en biosfeer

!

Van enkele elementen de kringloop (biogeochemische cyclus) schetsen met de diverse vormen en omzettingen.

Kringloop van de elementen koolstof, stikstof, fosfor en zwavel.

!

De waterkringloop (hydrologische cyclus) schetsen met de diverse omzettingen.

Waterkringloop

!

De energiedoorstroming binnen een organisme en binnen een voedselketen weergeven met de optredende energieverliezen.

Energieflux en productiviteit


Heel wat ecologische begrippen werden reeds besproken in het vak Biotechniek van de tweede graad zoals ecologie, biotoop, levensgemeenschap, biotische en abiotische factoren, samenwerkingsvormen, voedselpiramide, biologisch evenwicht en territorium. De leerlingen moeten deze begrippen blijven kennen en kunnen hanteren. Waar ze terug te pas komen kunnen ze indien nodig herhaald worden. De begrippen die de leerlingen moeten hanteren kunnen zoals hieronder weergegeven geformuleerd worden. Ecologie kan voorgesteld worden als een onderdeel van de biowetenschappen waarin de samenhangende verbanden tussen de elkaar wederzijds beïnvloedende organismen of leefgemeenschappen en hun omgeving bestudeerd worden. Het is interessant om de etymologische betekenis van het woord ecologie weer te geven. Er kan bondig een historisch overzicht gegeven worden over de ontwikkeling van de ecologie vanaf E. Haeckel. Het begrip 'Ecosysteem' kan verduidelijkt worden als een onderling samenhangend verband van wederzijdse beïnvloeding tussen organismen of levensgemeenschappen en hun omgeving. Een bioom is een groot leefgebied in een klimaatzone waarin ecosystemen aanwezig zijn. Gewoonlijk wordt een bioom genoemd naar de meest algemene of dominant voorkomende vegetatie. Een voedselpiramide geeft een grafische voorstelling weer van de kwantitatieve benadering van de voedselketen. Het biologisch evenwicht wordt hier bepaald als een stabiel ecosysteem waarin nataliteit en immigratie even groot zijn als mortaliteit en emigratie.


13


Een territorium kan bepaald worden als een afgebakend gebied van een soort of individu dat tegen binnen dringende soort- of seksgenoten wordt verdedigd. Een habitat is een standplaats van een organisme dit wil zeggen de soortspecifieke levensruimte van een plant of een dier. Een niche is de plaats of de functie van een organisme in een ecosysteem. Een successie wordt voorgesteld als een progressieve vervanging van een levensgemeenschap door een volgend stadium. Hoger vermelde begrippen moeten enkel gedefinieerd worden wanneer ze in een gepaste context gebruikt worden. De ecologie bestudeert volgende niveaus: ! het organisme (de individuele plant of het individuele dier); ! de populatie (een groep individuen behorend tot één soort); ! de levensgemeenschap (de som van de verschillende populaties van soorten, voorkomend binnen een afgebakend gebied); ! het ecosysteem (de som van alle levensgemeenschappen samen met hun niet-levende omgeving in een begrensd gebied); ! de biosfeer (ecosfeer of som van al de ecosystemen). Volgens deze indeling is er op het eerste gezicht een hiërarchie aanwezig van relatief eenvoudig en klein naar meer complex en groot. Hieruit mag men niet besluiten dat een lager niveau bij de studie minder problemen zal opleveren. De term biogeochemische cyclus (ook kleine kringloop genoemd) slaat terug op de kringloop van chemische elementen via: ! biologische organismen; ! het geologisch milieu; ! chemische veranderingen. Kenmerkend in deze cyclus is de verwevenheid van biotische en abiotische factoren. De grootste hoeveelheid water op aarde komt chemisch gebonden voor en neemt niet deel aan de hydrocyclus. Water beweegt van de aardoppervlakte naar de atmosfeer als gevolg van evaporatie (voornamelijk boven oceanen) en van transpiratie (voornamelijk door terrestische vegetatie). De doorstroming van water in de biosfeer heeft een belangrijk aandeel in de erosie van gesteenten. De elektromagnetische straling van de zon bevat golflengten gaande van deze van gammastraling naar deze van IR-straling. Als gevolg van reflectie en absorptie komt slechts ca 50 % van de op de aarde gerichte straling op het aardoppervlak terecht. Het grootste gedeelte van de UV-stralen wordt tegengehouden door de ozonlaag in de atmosfeer. De meeste energie die op de aarde toekomt wordt terug gestraald met een grotere golflengte. Dit betekent dat zichtbaar licht terug uitgestraald wordt onder de vorm van warmtestraling. Vermits de biosfeer een open systeem is kan ze blijven bestaan door een voortdurende inbreng van energie afkomstig van de zon. Een deel van de stralingsenergie van de zon die de aarde bereikt is verantwoordelijk voor de verwarming van de lage luchtlagen van de atmosfeer, het overige deel zorgt voor de verdamping van water in de biosfeer. Dit komt de kringlopen van water en van de elementen ten goede. Gemiddeld 1 % van de totale zonne-energie die op de aarde terechtkomt wordt vastgelegd in het fotosyntheseproces ter vorming van organische moleculen zoals weergegeven in het vak Toegepaste biologie. De energie die in organische moleculen wordt opgeslagen kan terug worden vrijgemaakt voor onderhoud, groei en voortplanting van het organisme door ademhaling. Hierbij komt een gedeelte van de energie vrij als niet-bruikbare warmte, een ander deel wordt opgeslagen bij de vorming van ATP, dit wordt behandeld in het vak Toegepaste biologie.


14


Zonder de aanwezigheid van autotrofen, die de energie kunnen fixeren, zou het bestaan van heterotrofen onmogelijk zijn. Een voedselketen bestaat uit een aaneenschakeling van voedselrelaties tussen organismen: ! met als beginpunt de inbreng van zonne-energie en de omzetting door autotrofen van anorganische tot organische stoffen met complexe moleculen; ! de doorgave van voedsel naar heterotrofen. Om de energieaanwending binnen een ecosysteem na te gaan moet men eerst afdalen naar lagere ecologische eenheden namelijk organisme en populatie. Van het beschikbare voedselaanbod zal een organisme slechts een deel opnemen. Een gedeelte van het opgenomen voedsel zal als onverteerd voedsel terug worden afgegeven. Het eigenlijke voedsel wordt verder verteerd en gesimuleerd. In het ademhalingsproces wordt een deel van de 'voedselenergie' gebruikt voor metabolisme, een deel gaat ook over in de vorm van warmte. De voedselenergie die als dusdanig niet verloren is gegaan (ademhaling, uitscheiding, warmte) wordt aangewend voor de groei en de voortplanting met andere woorden voor de productie van nieuwe biomassa. Bij het afsterven van het organisme wordt deze energie terug vrijgegeven. Deze beschrijving kan eventueel in formuletaal worden weergegeven. Voor wat de energiedoorstroming binnen een voedselketen betreft kan iets dergelijks opgesteld worden waarbij in elk trofisch niveau een gedeelte van de energie wordt aangewend voor onderhoud, groei en voortplanting. Restenergie komt ter beschikking door uitscheidingsproducten en door het dode materiaal. De energiedoorstroming door een voedselketen wordt schematisch voorgesteld. Het onderscheid tussen primaire en secundaire productie kan gemaakt worden De primaire productie geeft aan in welke mate energie door fotosynthese (en chemosynthese) onder de vorm van organische materie kan worden opgeslagen. Het onderscheid tussen netto- en bruto-primaire productie kan ook gemaakt worden. De secundaire productie geeft de mate aan waarin energie wordt opgeslagen in de trofische niveaus behorende tot de heterotrofen. De productiviteit geeft de hoeveel organische materie in een tijdsinterval gedeeld door dit tijdsinterval weer, dit is de snelheid van productie. Bij de bespreking van de aarde als bron van leven dient men overlappingen te vermijden met het vak Aardrijkskunde. Er wordt ook afgesproken met de leraar biologie van de tweede graad voor wat betreft de behandeling van ecologische begrippen, zodat het geen louter herhaling maar wel een uitdieping wordt. 5.1.3

Biotopen in ons land LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

Van elke behandelde biotoop volgende elementen weergeven:

Bespreking van belangrijke biotopen bijvoorbeeld, duinen, heide, bos, water, grasland

-

het ontstaan; de invloed van abiotische factoren; de typische fauna en flora; relaties tussen organismen binnen een biotoopmilieu; - diverse types op basis van abiotische factoren; - het beheer.


15



Het is uiteraard aangewezen de verschillende biotopen te onderzoeken vooraleer ze te bespreken in de klas. Dia's en video-opnamen kunnen de theorie visualiseren. In de lessen ecologie kunnen er praktische voorbeelden aangehaald worden die gemakkelijk terug te vinden zijn in de literatuur en in natuurdocumentaires op tv. Voor elke abiotische factor bezit elke soort een tolerantiebreedte met andere woorden er is een bovenen een ondergrens (tolerantiegrenzen). Buiten deze grenzen is de factor letaal. Daartussen ligt een optimumsituatie die tot uiting komt in de grootste populatie-aantallen (optimumbreedte). Deze populatiespreiding kan grafisch worden weergeven. Hoe kleiner de optimumbreedte hoe kritischer de abiotische factor gaat inwerken. Voor soorten met brede tolerantiegrenzen voor alle factoren is een grote ruimte spreiding te verwachten. De geografische spreiding van de optimumbreedte zal de standplaatsen bepalen waar de soort in grootste aantallen voorkomt. Wanneer een abiotische factor de tolerantiegrens benadert werkt deze limiterend op de populatie. Voorbeelden van limiterende abiotische factoren kunnen zijn: ! de temperatuur; ! het licht; ! zuurstofconcentratie; ! de koolstofdioxideconcentratie; ! het zoutgehalte; ! de vochtigheid; ! de wind; ! de bodemtextuur; ! de nutriënten; ! de pH. Met diverse types op basis van abiotische factoren beschouwt men bijvoorbeeld natte en droge heide, kalkrijke en kalkarme duinen.


16


5.1.4

Inbreng van de mens LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

De menselijke inbreng op het milieu verwoorden en de gevolgen hiervan bespreken.

Praktijktoepassingen bijvoorbeeld: ! beheerslandbouw; ! bosbouw; ! aquacultuur.


De ruimtevereisende menselijke activiteiten voor wonen, verkeer, industrie, transport, recreatie, landbouw, bosbouw en dergelijke zijn niet alleen een bron voor verontreiniging maar brengen ook directe en indirecte schade toe aan ecologische hulpbronnen als gevolg van inname van ruimte. Met ecologische hulpbronnen bedoelt men alle planten en dieren (flora en fauna) gemeten in termen van individuen, soorten, levensgemeenschappen, habitat en ecosystemen.

5.2 5.2.1

Voeding Voeding van de plant LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Functies van de micro- en de macro-elementen verwoorden.

Voedingselementen

!

De gevolgen van een tekort en van een teveel van deze elementen weergeven.

Belang van een gepaste hoeveelheid

!

Verwoorden onder welke vorm enkele elementen worden opgenomen.

Opname

!

Factoren die de opname van een element beïnvloeden verklaren.

!

De meest gebruikte meststoffen kennen, opnoemen en hun invloed verduidelijken.

Meststoffen

!

Een ontledingsuitslag van een bodemonderzoek interpreteren.

Bodemonderzoek

!

Het begrip 'hydrocultuur' omschrijven.

Hydrocultuur

!

Een voedingsschema bij hydrocultuur berekenen.


17



Aan de hand van eenvoudige proefjes in het laboratorium en in serreomstandigheden kan het belang aangetoond worden van de verschillende voedingselementen voor de plant. De belangrijkste meststoffen kunnen getoond worden. Het is zeker niet de bedoeling alle meststoffen met hun eigenschappen te bespreken, en het is zeker ook niet de bedoeling teelttechnische bemestingsadviezen te geven. De drie soorten NPK en combinaties van twee van deze soorten moeten wel gekend zijn. Bij de bespreking van de hydrocultuur worden de voor- en de nadelen aangegeven. 5.2.2

De voeding van mens en dier LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Van diverse voedingsmiddelen het volgende weergeven: - de samenstelling; - de kenmerken.

Voedingsmiddelen, bijvoorbeeld: vlees, vis, drank, groenten, fruit, groenvoeder

!

De voedingswaarde van de voedingsmiddelen omschrijven. Van de besproken voedingsmiddelen het volgens omstandigheden al dan niet nuttig zijn weergeven.

Voedingswaarde

!

Van de besproken voedingsmiddelen de invloed van verschillende factoren op de samenstelling en de voedingswaarde weergeven.

Technologische aspecten


Een aanvullend bedrijfsbezoek kan heel nuttig zijn, zoals bijvoorbeeld aan een vleesverwerkend bedrijf, een veevoederbedrijf, een bedrijf op hydrocultuur, een meststoffenfabriek, de Bodemkundige Dienst van België, het Centrum voor Zeevisserij. Bij de technologische aspecten kan de invloed bestudeerd worden van temperatuur, vochtigheid, pH, ... Voor dit punt is er samenspraak nodig met de leraar biologie van het tweede leerjaar van de tweede graad.


18


TWEEDE LEERJAAR 5.3

Milieuleer LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Verschillende vormen van verontreiniging van lucht, water en bodem uitleggen.

Verontreiniging van lucht, water en bodem

!

Stoffen die verontreiniging kunnen veroorzaken opnoemen.

! oorzaken

!

Problemen aangeven die vervuilende stoffen kunnen veroorzaken.

! problemen

!

Verschillende saneringsmogelijkheden verklaren.

! saneringsmogelijkheden

!

Problemen die het afval met zich meebrengt beoordelen en dit verantwoorden.

Afvalproblematiek

!

Beoordelen wanneer mest nuttig of schadelijk kan zijn en dit verantwoorden.

Mestoverschot

!

Verwoorden hoe mestoverschotten kunnen gesaneerd worden door bewerking en verwerking.

! sanering

!

De actuele wetgeving in verband met afval en mest opzoeken en interpreteren.

Wetgeving in verband met afval en meststoffen


Bij de aanvang van de lessen in verband met de diverse verontreinigingen kunnen de leerlingen aangeven hoe zij zelf (en hun gezin) bijdragen tot de polluties en hoe ze deze kunnen beperken. Meteorologische aspecten, zoals wind en temperatuur van luchtlagen, hebben een invloed op de luchtverontreiniging. Sommige metingen in verband met deze verontreinigingen kunnen theoretisch benaderd worden. Voorbeelden hiervan zijn: emissiemetingen van luchtverontreinigende stoffen met de buis van Pitot, Luikse bol,... Ook de lessen Laboratorium Biotechniek kunnen hier in betrokken worden. Een bedrijfsbezoek kan nuttig zijn, zoals een bezoek aan een verbrandingsoven, een waterzuiveringstation en aan firma's die afvalstoffen verwerken. Je kan inspelen op de actuele problemen die zich stellen; de leerlingen kunnen de actualiteit opvolgen via de media (kranten, tijdschriften, tv).


19


5.4 5.4.1

Productie Selectie bij plant en dier LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De basisprincipes van selectie omschrijven.

Basisprincipes

!

Selectietechnieken die toegepast worden bij plant en dier verwoorden.

Selectietechnieken

!

Diverse selectiemethodes die selectiebedrijven toepassen om de kenmerken van planten en dieren te verbeteren verklaren. PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN

Wat de selectie betreft zal vooral aandacht besteed worden aan de techniek en de toepassing ervan. Wat de erfelijkheid betreft dient er ook afgesproken te worden met de leraar van het vak Toegepaste biologie. 5.4.2

Bescherming tegen ziekten en plagen LEERINHOUDEN


De noodzaak van bescherming tegen ziekten en plagen verantwoorden.

Noodzaak van de bescherming

!

De betekenis van preventieve en curatieve maat regelen omschrijven.

Maatregelen

!

Verwoorden wanneer of om welke redenen preventieve en/of curatieve bescherming zal toegepast worden.

Toepassing

!

Curatieve beschermingsmethoden omschrijven en hun toepassing uitleggen.

Curatieve beschermingsmethoden: chemisch, biologisch, fysisch en gentegreerd

!

Voor- en nadelen weergeven van de behandelde beschermingsmethoden.

Voor- en nadelen van beschermingsmethoden


20


5.4.3

Processen van bewaring LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Voor het realiseren van onderstaande doelstellingen worden onder andere volgende technieken behandeld: - drogen; temperatuurbehandeling; lyofilisatie; bestralen en luchtconditionering

Onder andere: drogen; temperatuurbehandeling; lyofilisatie; bestralen en luchtconditionering

!

Uitleggen waarom bewaringsprocessen noodzakelijk zijn voor voedingsmiddelen.

Bewaringsprocessen

!

De soorten bewaringsprocessen toelichten.

soorten

!

De gevolgen van bewaringsprocessen op de kwaliteit van het voedsel weergeven.

gevolgen

!

Verwoorden hoe men in de praktijk de eventuele negatieve gevolgen tracht te voorkomen bij de verschillende bewaringsprocessen.

voorkomen van negatieve gevolgen


Een bedrijfsbezoek kan nuttig zijn, zoals een bezoek aan een bewaarloods van een veiling of van een tuinbouwbedrijf, een diepvriesbedrijf en een melkverwerkingbedrijf. Speel hier ook in op de actualiteit. Hoe vaak komt iets uit de leerinhouden niet aan bod in het nieuws? De leerlingen kunnen de etiketten van een aantal voedingsmiddelen analyseren en toetsen naar de wettelijke voorschriften. 5.4.4

Kwaliteit van het voedsel LEERINHOUDEN


Voor het realiseren van onderstaande doelstellingen komen volgende aspecten aan bod: microbiologische en toxicologische kwaliteit, residu’s, additieven, contaminanten, etikettering, controle en wetgeving.

Microbiologische en toxicologische kwaliteit, residu's, additieven, contaminanten, etikettering, controle en wetgeving

!

Omschrijven welke factoren de kwaliteit van een voedingsmiddel bepalen.

Factoren

!

Methodes evalueren die de kwaliteit van voedingsmiddelen bepalen.

Evaluatie van methodes

!

De kwaliteit van een voedingsmiddel beoordelen.

Kwaliteitsbeoordeling

!

Het etiket op de verpakking van een voedingsmiddel interpreteren.

Interpretatie van etiketten

!

De wetgeving terzake kunnen opzoeken en interpreteren.

Wetgeving



21


Als toxicologische begrippen moeten zeker de LD50, de NEL en de ADI- waarde behandeld worden. Residu’s van pesticiden kunnen hier besproken worden. Voorbeelden van contaminanten (stoffen die in het voedsel terecht gekomen zijn maar niet bewust werden toegevoegd): residu's van pesticiden; zware metalen; antibiotica en hormonen in het vlees. Bij bespreking van de microbiologische kwaliteit van het voedsel kunnen kenmerken van diverse microorganismen aangehaald worden.

5.5

Technologische processen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een aantal technologische processen beschrijven en toelichten.

Suikerbereiding Margarineproductie Productie van zetmeel en derivaten Biodiesel

!

Aantonen dat de grondstoffen een belangrijke invloed hebben op de kwaliteit van het eindproduct.

Grondstoffen

!

De verschillende toepassingen van de eindproducten kennen en toelichten

Eindproducten

5.6

Biotechnologische processen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Van enkele technologische processen het verloop weergeven.

!

De invloed van grondstoffen op de kwaliteit van het eindproduct illustreren.

!

De rol van omgevingsfactoren in de kwaliteit van het eindproduct opnoemen en verduidelijken.

Omgevingsfactoren

!

Moderne vermenigvuldigingstechnieken bij planten en dieren toelichten.

Moderne vermenigvuldigingstechnieken

!

Resultaten van genetische manipulatie opnoemen en de techniek ervan beschrijven.

Genetische manipulatie

!

Voordelen van genetische manipulatie voor voedselvoorziening en gezondheidszorg bespreken.

Productie van enzymen

!

Toepassingen van de resultaten opnoemen en verduidelijken.

Toepassingen


22

Traditionele processen ! harde kaasbereiding ! gistingsprocessen alcohol, yoghurt



Een bezoek aan een in vitro labo kan nuttig zijn. Nog interessanter is het als de leerlingen de basistechnieken zelf uitvoeren. Een bedrijfsbezoek kan nuttig zijn, zoals een bezoek aan een suikerraffinaderij, een kaasmakerij, een brouwerij, een margarinefabriek, een zetmeelverwerkend bedrijf, een gentechnologisch bedrijf. Voor wat de behandeling van de genetische manipulatie betreft kan er ook afgesproken worden met de leraar van het vak Toegepaste biologie. In de biologie wordt de theoretische achtergrond gegeven, hier komen de toepassingen meer aan bod. Het leren verwerken van wetenschappelijke literatuur (bijvoorbeeld: tijdschriftartikels) kan ook heel nuttig zijn. 6

EVALUATIE

De evaluatie dient om na te gaan in welke mate de algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen bereikt zijn. De mate waarin doelstellingen bereikt worden kan zich uiten in onderwijsleergesprekken en kan verder nagegaan worden door proeven, formatieve en summatieve. Op de proeven kunnen er naast open vragen eventueel ook nog andere vormen van vraagstelling voorkomen. Als men meerkeuzevragen stelt moeten de leerlingen steeds de motivatie van de keuze weergeven. Een juiste keuze met een verkeerde motivatie of zonder motivatie is onvoldoende. Als men juist-/foutvragen stelt past men hetzelfde principe toe. Het is evenwel aangewezen het aantal open vragen te laten overwegen op andere vraagvormen. 7

MINIMALE MATERIELE VEREISTEN

Projectiemateriaal met transparanten en dergelijke Meettoestellen, onder andere voor temperatuur, vochtigheid en pH


23


8

BIBLIOGRAFIE

8.1

Naslagwerken

Biotechnologie Vitaal onderdeel van onze samenleving Biologische Raad Amsterdam [1993] Perfectie op bestelling Genetische manipulatie in het dagelijks leven Aramith Uitgevers Bloemendaal [1992] Immunologie Het menselijk afweersysteem [1988] Natuur & Techniek Postbus 75 NL 6190 AB Beek Woordenwijzer ECOLOGIE Pierre Marechal Reaal Uitgevers [1991] Postbus 376 NL 2160 AJ Lisse ISBN 90 5266 040 9 Biotechnologie A.M. Kroon Stichting biowetenschappen en maatschappij Leiden Biotechnologie Videoband met tekstboek 1989 Stichting ABC Postbus 443 NL 2260 AK Leidschendam Nieuwe wegen in de biotechnologie Videoband 1993 Stichting ABC

8.2

Tijdschriften en publicaties

Stichting voor publieksvoorlichting over wetenschap en techniek (PWT) Zorn Uitgeverij BV Postbus 434 2300 AK Leiden


24


Artikels: ! plantaardige productie en biotechnologie ! voedselproductie en biotechnologie ! dierlijke productie en biotechnologie ! enzymen en biotechnologie ! geneesmiddelen en biotechnologie Biotechnologie Technofiche 2 Jeugd en Technologie Kredietbank Natuur & Techniek Postbus 75 6190 AB Beek


25


BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO TV LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW LABORATORIUM BIOTECHNIEK Eerste leerjaar: 3 uur/week Tweede leerjaar: 3 uur/week


D/1999/0279/047

Laboratorium Biotechniek D/1999/0279/047

27


INHOUD 1

BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2 2.1 2.2 2.3

ALGEMENE DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cognitieve doelstellingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Het ontwikkelen van vaardigheden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Attitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

ALGEMENE PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4

OVERZICHT VAN DE LEERINHOUDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5


29 29 29 30

5.6 5.7 5.8 5.9

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Functioneren in het laboratorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Titrimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Instrumentele analysetechnieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wateronderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bodemonderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Industriële bereidingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Voeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Onderzoek van biologische belangrijke materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Onderzoek van kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

7 7.1 7.2 7.3 7.4

MINIMALE MATERIELE VEREISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basisinfrastructuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basismateriaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Specifiek materiaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschermmiddelen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5


28

32 32 34 35 36 36 37 37 38 38 39

40 40 40 40 40


1

BEGINSITUATIE

De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van het leerplan Laboratorium Biotechniek van de tweede graad gelden als beginsituatie. Dit betekent dat de leerlingen voldoende inzicht, kennis en vaardigheden verworven hebben voor wat betreft volgende onderwerpen en activiteiten: ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

het aanleggen van een verzameling; morfologie; vermenigvuldiging bij planten; de microscoop en de stereomicroscoop; fysisch en chemisch bodemonderzoek; abiotische factoren; samenstelling van voedingsmiddelen; biotechnologische processen; microscopisch onderzoek; anatomisch en biologisch onderzoek; voeding van dieren.

Verder hebben ze basisvaardigheden voor het werken in een laboratorium ontwikkeld in het vak Laboratorium Chemie van de tweede graad en hebben ze een gepaste attitude voor het veilig en milieubewust omgaan met stoffen. 2

ALGEMENE DOELSTELLINGEN

2.1 ! ! ! ! !

2.2 ! ! ! ! !

Cognitieve doelstellingen Het verband leggen tussen resultaten van de laboratoriumoefeningen en bijbehorende leerstof uit de vakken Biotechniek, Toegepaste biologie en Toegepaste chemie. Het uitbreiden en het verdiepen van stoffenkennis. Inzicht verwerven in analysetechnieken toegepast in laboratoria. Gepaste besluiten trekken uit analyseresultaten. Het verband en het onderscheid tussen een bereiding in een laboratorium en een bereiding op industrieel niveau inzien.

Het ontwikkelen van vaardigheden Het beheersen van elementaire laboratoriumtechnieken en -vaardigheden In het laboratorium een gepast gedrag kunnen vertonen ter bevordering van de veiligheid. Verantwoord omgaan met chemicaliën, biologisch materiaal en (meet) apparatuur. Op een duidelijke manier rapporteren en gepaste besluiten kunnen trekken. Informatie opzoeken en verwerken door gebruik te maken van de computer.


29


2.3 ! ! 3

Attitudes Een gepaste attitude verwerven in verband met het verantwoord omgaan met chemicaliën, biologisch materiaal en (meet)apparatuur. Oog hebben voor de eigen veiligheid en voor de veiligheid van anderen. ALGEMENE PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN

In deze studierichting moet veel belang gehecht worden aan het Laboratorium Biotechniek. Algemeenheden in verband met het werken in het laboratorium zoals ze gezien en toegepast werden in de tweede graad worden in het begin zo nodig herhaald. In de loop van de derde graad blijft men hier oog voor hebben. De laboratoriumoefeningen sluiten aan bij leerinhouden van de vakken Biotechniek, Toegepaste chemie en Toegepaste biologie. Er dienen afspraken gemaakt met de leraars van deze vakken voor wat betreft de jaarplanning en ook voor het inhoudelijke. Van elke laboratoriumoefening maken de leerlingen een verslag. In vergelijking met de tweede graad wordt het verslag nu meer zelfstandig door de leerlingen opgesteld. Bij het weergeven van meetresultaten blijven de leerlingen oog hebben voor het aantal beduidende cijfers zoals dit aangebracht werd in het vak Fysica in het eerste leerjaar van de tweede graad en verder in de loop van de tweede graad werd toegepast in het vak Laboratorium Biotechniek. In elke geval is het niet nodig om de foutentheorie te geven en te laten toepassen. Van elke behandelde stof met inbegrip van de reactieproducten zoeken de leerlingen op voorhand de R-en S-zinnen op en noteren deze samen met de gevaarsymbolen in het verslag. Hiermee houden ze rekening tijdens het uitvoeren van de experimenten. De leerlingen leggen stoffenfiches aan die regelmatig aangevuld worden steunend op waarnemingen en resultaten bekomen via het laboratoriumwerk. De laboratoriumoefeningen worden in kleine groepjes (2 à 3 leerlingen) uitgevoerd. Hierom moet men over voldoende materiaal beschikken. Voor het werken met toestellen kan men een doorschuifsysteem toepassen. Voor de computertoepassingen maakt men gebruik van simulatieprogramma’s, opzoeken van gegevens en het statistisch verwerken van meetgegevens. De computer mag eventueel ook in ‘real time’-situaties zoals bij metingen gebruikt worden.


30


Om de leraar behulpzaam te zijn bij het opstellen van de jaarplanning stellen wij volgende urenverdeling voor in onderstaande tabel. EERSTE LEERJAAR 1 2 3 4 5

Aantal lesuren

Functioneren in het laboratorium Titrimetrie Instrumentele analysetechnieken Wateronderzoek Bodemonderzoek

6 24 24 15 6

TWEEDE LEERJAAR 6 7 8 9

4

Industriële bereidingen Voeding Onderzoek van biologisch belangrijke materie Onderzoek van kunststoffen

15 27 27 6


EERSTE LEERJAAR 1 ! ! ! !

Het functioneren in een laboratorium Veiligheidsmiddelen en -afspraken Omgaan met stoffen en apparatuur Basistechnieken Bereiding van oplossingen

2

Titrimetrie

! ! ! !

Zuur!basetitratie Redoxtitratie Neerslagtitratie Complexometrische titratie

3 ! ! !

Instrumentele technieken Chromatografie Fotometrie Polarimetrie (U)

4

Wateronderzoek

! ! !

Zuiverheid van het water Technieken voor wateronderzoek Resultaten


31


5

Bodemonderzoek

! !

Bodemleven Humusgehalte

TWEEDE LEERJAAR 6

Industriële bereiding

! !

Uitvoeren van enkele industriële bereidingen Enzymatische omzettingen

7

Voeding

! ! !

Onderzoek op additieven Microbiologisch onderzoek Bewaring van voedingsmiddelen

8

Onderzoek van biologisch belangrijke materie

! !

Sachariden, lipiden en proteïnen Bloed, urine, melk, voeder, plantenmateriaal

9

Onderzoek van kunststoffen

! Identificatie ! Eigenschappen 5


EERSTE LEERJAAR

5.1

Functioneren in het laboratorium

LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Het laboratoriumreglement kennen in verband met de veiligheid en zich hiernaar gedragen.

Veiligheidsafspraken

!

Persoonlijke en algemene veiligheidsmiddelen kennen, weten wanneer ze moeten gebruik worden en zich hiernaar gedragen.

Veiligheidsmiddelen

!

Veilig, zorgzaam en milieubewust omgaan met : ! chemicaliën; ! apparatuur; ! afvalstromen.

Omgaan met stoffen en apparatuur


32


!

Basistechnieken van het laboratoriumwerk beheersen en nauwkeurig uitvoeren.

Basistechnieken: ! omgaan met glaswerk ! gebruik van balansen ! gebruik van volumetrisch materiaal

!

Het bereiden van een oplossing op een deskundige manier kunnen voorbereiden.

Oplossingen: ! voorbereiding

!

Zelfstandig oplossingen met een gegeven concentratie kunnen bereiden.

! bereiding


Dit leerstofpunt moet grotendeels gezien worden als een verdieping van wat gezien werd in het vak Laboratorium Chemie van de tweede graad van de studierichting ‘Biotechniek’. In de tweede graad heeft men regelmatig op de veiligheidsaspecten in het laboratorium gewezen. De leerlingen houden rekening met de gegevens op de chemiekaarten in verband met het behandelen van chemicaliën. Hierdoor zien ze dat de gebruikte hoeveelheden zoveel mogelijk beperkt dienen te worden. Hierbij aansluitend kiezen ze voor het gepaste glaswerk. Volgende veiligheidsmiddelen zullen aan bod komen: ! persoonlijke veiligheidsmiddelen zoals . een degelijke veiligheidsbril, . handschoenen, . beschermende kleding; ! algemene veiligheidsmiddelen zoals . brandwerend deken en douche, . afzuigkast, . oogdouche en/of oogwasflessen, . een EHBO-koffer, . blusapparaten. Bij elk ongeval, hoe onschuldig het ook lijkt, dient de leraar verwittigd te worden. Ook zal er gewezen worden op het belang van volgende punten: ! het leren raadplegen van tabellen met R- en S-zinnen; ! het gebruik maken van informatie op etiketten; ! het stockeren van chemicaliën; ! het juist etiketteren van te bewaren zelfbereide oplossingen; ! het behandelen en sorteren van afval. Men laat de leerlingen oplossingen bereiden die ze effectief nodig hebben bij verdere experimenten in de loop van het jaar zoals bijvoorbeeld een oxaalzuuroplossing bruikbaar bij titraties. Voor het bereiden van oplossingen zal men uitgaan van gegevens op etiketten (massaprocent, volumeprocent, massadichtheid e.d.) die op de verpakkingen voorkomen en van meetgegevens (massa, volume).


33


Voor de keuze van het gepaste materiaal onder andere balans, glaswerk en van gepaste laboratoriumtechnieken bij de bereiding van oplossingen moet vooraf het volgende nagegaan worden: ! de bestemming van de oplossing (kwalitatieve of kwantitatieve analyse); ! de nodige zuiverheid van de chemicaliën (pro analysi, chemisch zuiver of technisch); ! het warmte!effect bij het oplossen; ! de oplossnelheid; ! de volgorde van mengen.

5.2

Titrimetrie LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een correcte opstelling maken om een titratie te kunnen uitvoeren.

Opstellen van een titratie

!

Voor een titratie van een sterk zuur door een sterke base de titratiecurve experimenteel en theoretisch opstellen .

Titratiecurve

!

Zelfstandig kwantitatieve bepalingen uitvoeren via titraties.

Zuur-basetitraties Redoxtitraties ! permanganometrie ! jodometrie Neerslagtitraties Complexometrische titraties

!

De nodige berekeningen maken .

Berekeningen


De berekeningen worden bij voorkeur steunend op de reactievergelijking gemaakt met molariteiten in plaats van normaliteiten. Als reactievergelijking gebruikt men best de deeltjesvergelijking ook wel de essentiële vergelijking genoemd in plaats van de stoffenvergelijking. Bij het stechiometrisch punt werden de reagerende deeltjes samengebracht volgens hun stechiometrische verhouding. Het is logischer de term stechiometrisch punt te gebruiken dan de term equivalentiepunt. Vermits het zeker niet onmogelijk is dat de leerlingen in het hoger onderwijs nog in contact komen met de begrippen equivalentiepunt en normaliteit kunnen deze ter illustratie vermeld worden. Het verband tussen normaliteit (N) en molariteit © kan men afleiden uit de coëfficiënten of voorgetallen in de reactievergelijking


34


Stellen we door A en B de reagentia voor in de reactievergelijking en door a en b hun respectievelijke voorgetallen dan geldt na het bepalen van het stechiometrisch punt volgende vergelijking: b.cA.VA = a.cB.VB

of NA.VA = NB.VB

Men wijst erop dat het gebruik van de normaliteit enkel als een rekentechniek kan gezien worden en niet absoluut noodzakelijk is. Voor de keuze van een geschikte zuur-base-indicator beschikken de leerlingen over tabelgegevens. Als redoxtitratie worden permanganometrie en jodometrie uitgevoerd, eventueel ook een chromatometrie. Het chloridegehalte in leidingwater of zeewater kan door neerslagtitratie bepaald worden. Verder worden de diverse titratietechnieken toegepast voor, bijvoorbeeld het bepalen van : ! het azijnzuurgehalte in azijn; ! het acetylsalicylzuurgehalte in aspirine; ! de zuurtegraad en het calciumgehalte in melk; ! de ammoniakale stikstof in een meststof; ! het kopergehalte in een legering. De leerlingen stellen experimenteel een titratiecurve op. Bij titratie-oefeningen kan de computer ingeschakeld worden voor het weergeven van de titratiecurve bijvoorbeeld voor de titratie van een sterk zuur door een sterke base.

5.3

Instrumentele analysetechnieken LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

!

LEERINHOUDEN

Het principe van diverse chromatografiettechnieken verklaren en deze technieken uitvoeren.

Het principe van fotometrische analysetechnieken verklaren. Fotometrische bepalingen uitvoeren.

Chromatografie onder andere: ! papierchromatografie ! dunne laag chromatografie ! kolomchromatografie

(U)

Fotometrie Gebruik van een (spectro)fotometer


De chromatografie wordt in eerste instantie voorgesteld als een scheidingsmethode die berust op de verschillende opdeling van stoffen over twee niet-mengbare fasen die stationaire en mobiele fase worden genoemd. Papier- en dunnelaag chromatografie lenen zich vooral tot kwalitatieve analyse. Na de theoretische bespreking van de diverse chromatografische technieken kunnen diverse proeven uitgevoerd worden: bijvoorbeeld het scheiden van kleurstoffen, het scheiden van aminozuren. Het principe van de gaschromatografie kan duidelijk gemaakt worden door een bezoek aan een laboratorium en/of aan de hand van een video. De wisselwerking tussen elektromagnetische straling en materie kan als inleiding tot de fotometrie gegeven worden.


35


Na de bespreking van diverse fotometrische technieken kunnen aansluitend bij punt 4 van het leerplan bijvoorbeeld enkele analyses van waterstalen uitgevoerd worden voor: ijzer-, nitraat-, nitriet-, ammonium-, fosfaationen.

5.4

Wateronderzoek LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De criteria die de zuiverheid van water bepalen omschrijven.

Biologische, chemische en fysische parameters

!

De belangrijkste technieken voor wateronderzoek nauwkeurig uitvoeren.

Technieken

!

De resultaten van de onderzoeken interpreteren.

Onderzoeksresultaten

!

Op basis van analyses een oordeel vellen over de waterkwaliteit.

Waterkwaliteit

PEDAGOGISCH-DIDACTISCH WENKEN

De leerlingen kunnen zelf waterstalen meebrengen, van diverse oorsprong: waterputten, waterlopen, vijvers. De bepaling van hardheid, pH, zuurstofgehalte, BOD, COD en andere onderzoeken zoals de bepaling van ijzer-, nitraat- , nitrietionen, ... worden uitgevoerd. Het onderzoek kan gebeuren naar milieunormen toe, of/en naar drinkbaarheid. Het biologisch leven van oppervlaktewater kan macro- en microscopisch bekeken en beoordeeld worden.

5.5

Bodemonderzoek LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Analyses uitvoeren die de grond op het voorkomen van bodemleven nagaan.

Bodemleven

!

Het humusgedeelte via chemische weg bepalen.

Humusgehalte

!

Het resultaat interpreteren.


36



Beschrijving van een experimenteermethode Vangen van kleine bodemdieren kan gebeuren met de zogenaamde Berlese-trechter. Hiertoe breng je een bodemstaal in een zeef (of bakje met onderaan vliegengaas). Je hangt de zeef boven een trechter, waarvan de afvoerbuis uitmondt in een bekerglas of petrischaal, waarin je wat conserveervloeistof (ethanol, formol,..) giet. Boven het bodemstaal bevestig je tenslotte een lamp van 25 W. Je laat de opstelling gedurende een paar dagen staan. Bodemdiertjes vluchten voor de warmte van de lamp weg uit de droge, belichte en warme bodem en worden opgevangen in de conserveervloeistof. Met een stereoloupe kunnen ze bekeken en gedetermineerd worden. Diverse aspecten van de bodem zijn al besproken en onderzocht in de tweede graad (biotechniek en laboratorium biotechniek). Het biologisch leven van een bodem (akkerland, bosbodem ...) kan macro- en microscopisch bekeken worden. TWEEDE LEERJAAR

5.6

Industriële bereidingen LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

Enkele industriële bereidingen uitvoeren.

Enkele industriële bereidingen met onderzoek van eigenschappen te kiezen uit volgende lijst boter, harde kaas, suiker, zepen en detergenten, bier en wijn (gisting) Enzymatische omzettingen

!

De verschillende stadia van het bereidingsproces omschrijven.

Bereidingsproces

!

De werking van enzymen en katalysatoren uitleggen.

Katalysatoren

!

De rol van uitwendige factoren op het proces en op het eindproduct verklaren.

Uitwendige factoren


Volgens de mogelijkheden van de school kunnen diverse producten bereid worden. De nodige afspraken dienen gemaakt te worden met de leraar Laboratorium Biotechniek van het tweede leerjaar van de tweede graad. De werking van enzymen kan bijvoorbeeld aangetoond worden via proeven op melk, met lactase en peroxidase. Nitraten kunnen zelfs via een enzymatische analyse kwantitatief worden bepaald. Laboproeven kunnen aangevuld worden met bedrijfsbezoeken, bijvoorbeeld aan een suikerraffinaderij, brouwerij en kaasmakerij (zie ook het vak Biotechniek).


37


5.7

Voeding LEERINHOUDEN


Additieven in voedingsmiddelen opsporen.

!

Verklaren waarom deze additieven in dat voedingsmiddel aanwezig zijn.

!

Voedingswaren microbiologisch onderzoeken.

!

Enkele soorten micro-organismen herkennen.

!

Verschillende factoren die bewaring mogelijk maken onderzoeken

!

De resultaten van onderzoek van verse en geconserveerde voedingsmiddelen interpreteren

Onderzoek op additieven

Microbiologisch onderzoek

Bewaring van voedingsmiddelen


Sommige additieven kunnen opgespoord worden: benzoëzuur, sulfiet, nitraat, nitriet, kleurstoffen .... Het herkennen van micro-organismen geschiedt met behulp van selectieve voedingsbodems. Microbiologisch onderzoek kan bijvoorbeeld gebeuren op diepvriesgroente en melk. De leerlingen kunnen diverse voedingsbodems bereiden die toelaten micro-organismen te determineren, als groep (gisten, coliformen,...) of soms zelfs als soort (Escherichia coli). Naar consumptie toe zal men de leerlingen er attent op maken dat er, wegens het voorkomen van analysefouten, voorzichtigheid geboden is bij de interpretatie van resultaten van onderzoek van voedingsmiddelen.

5.8

Onderzoek van biologische belangrijke materie LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Biologisch belangrijke materie betrekken bij het verwezenlijken van onderstaande doelstellingen.

Sachariden, proteïnen en lipiden Bloed, urine, melk, veevoeder, plantenmateriaal

!

Kwalitatieve analyses op een correcte wijze uitvoeren.

Kwalitatieve analyse

!

De belangrijkste eigenschappen aantonen en onderzoeken.

Eigenschappen

!

Door kwantitatieve bepalingen een overzicht krijgen in de samenstelling van de onderzochte materie en dit toelichten.

Samenstelling


38



Bij analyses kan het volgende aan bod komen: Kjeldahl-N; verzepingsindex; joodgetal; vetextractie; bepaling van het zuurgetal. Via polarimetrie kan de concentratie aan suikers aangetoond worden. Van veevoeder kan het vetgehalte en het eiwitgehalte (volgens de methode van Kjeldahl) bepaald worden, idem voor melk. Urine kan via eenvoudige kwalitatieve proefjes onderzocht worden. Enkele kwantitatieve bepalingen kunnen ook uitgevoerd worden, zoals suiker, ureum, chloride. Bloed en serum kunnen kwantitatief onderzocht worden: suiker-, eiwit- en vetgehalte, en de hoeveelheid van bepaalde minerale bestanddelen (calcium-, fosfaationen). Het is aangewezen om analyses uit te voeren op dierenbloed.

5.9

Onderzoek van kunststoffen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Identificatie van kunststoffen uitvoeren.

Identificatie

!

Eigenschappen van kunststoffen onderzoeken.

Eigenschappen


De identificatietesten kunnen destructief en niet-destructief geschieden. Een interessante methode voor de scheiding van polyetheen, polypropeen en polyvinylchloride is beschreven in 'Chemie Actueel' nr. 5 (zie hiervoor de bibliografie). De beschreven methode is niet destructief en gebaseerd op dichtheidsverschillen van kunststoffen ten opzichte van water, zoutoplossingen en water-ethanol mengsels. Het onderscheid tussen thermoplasten en thermoharders wordt ook nagegaan. 6

EVALUATIE

De evaluatie moet informatie verstrekken over de mate waarin de leerlingen de algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen bereikt hebben. Dit kan geschieden door permanente en door tussentijdse evaluatie. De permanente evaluatie geschiedt voornamelijk aan de hand van: ! het verslag; ! antwoorden op denkvragen die aansluiten bij laboratoriumoefeningen; ! het probleem oplossend denken en handelen; ! de voorbereiding; ! het toepassen van de voorgeschreven werkwijze; ! het verantwoord gedrag; ! de gepaste attitudes. Naast permanente evaluatie kunnen er nog formatieve en summatieve toetsen gehouden worden.


39


7


7.1 ! !

7.2 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

7.3 ! ! ! !

7.4

Basisinfrastructuur Werktafels voor leerlingen met water en energievoorziening Voorziening voor afvoer van schadelijke dampen en gassen

Basismateriaal Volumetrisch materiaal Pipetvullers Analytische balans (0,1 mg) Balans (0,01 g) Recipiënten (allerhande) Droogstoof Moffeloven Frigo Elektrische kookplaten Magneetroerders Autoclaaf Petriplaten pH!meter Microscopen en stereomicroscopen Computer met aangepaste software

Specifiek materiaal Materiaal en chemicaliën voor chromatografie (Spectro)fotometer Geleidbaarheidsmeter of geleidingsmeter Materiaal voor het uitvoeren van biotechnologische processen

Beschermmiddelen

Veiligheids- en beschermmiddelen volgens de geldende regelgeving met inbegrip van: ! degelijke veiligheidsbrillen ! aangepaste beschermkledij


40


8

BIBLIOGRAFIE

Het chemisch practicum, een laboratoriumhandboek H.R. Leene Uitgeverij nib1995 ISBN 90 034 14 203 Eten - Meten - Weten Liane Deweghe en J.M.Mortier KVCV Voeding Groot Begijnhof 6, 3000 Leuven Quantitative Chemical Ananlysis Daniel C. Harris W.H. Freeman and Company New York Analytische scheikunde P. Debruyne Story-schande Gent Werken met kunststoffen J. Buma Chemiedidactiek VU Uitgeverij 1081 HV Amsterdam Chemie Actueel KPC (Katholiek Pedagogisch Centrum) Postbus 482 5201AL- 's Hertogenbosch Scheikunde in land- en tuinbouw Gilissen en Soest Educatieve Partners Nederland/Stam Techniek Postbus 3990 DR Houten ISBN 90 401 0477 8 Scheikunde voor land- en tuinbouw Hoefnagels Wolters Noordhoff Wijn zelf maken-Bier zelf maken-Zuivel zelf maken Lambrechts J Heusden-Zolder Uitgave VAW Domein Bovy


41


BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO TV LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW TOEGEPASTE BIOLOGIE Eerste leerjaar: 2 uur/week Tweede leerjaar: 2 uur/week


D/1999/0279/047

Toegepaste biologie D/1999/0279/047

43


INHOUD 1

BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2 2.1 2.2 2.3 2.4

ALGEMENE DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Het verwerven van fundamentele biologische inzichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Het beheersen van volgende technieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Het verwerven van een verantwoorde attitude tegenover het milieu . . . . . . . . . . . Inzicht verwerven in de natuurwetenschappelijke methode . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

ALGEMENE PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4

BEKNOPT OVERZICHT VAN DE LEERINHOUDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5


45 45 45 46 46

5.6 5.7 5.8

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bouw van organismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Voeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ademhaling bij organismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transport bij organismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Excretie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De voortplanting bij organismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erfelijkheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutieleer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

MINIMALE MATERIELE VEREISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Infrastructuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schetsen (wandkaarten, transparanten, microfoto’s) of modellen voor de studie van . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Micropreparaten voor de studie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hulpmiddelen voor onderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemicaliën . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projectiemiddelen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5


44

50 50 52 54 55 56 57 57 60 63

64 64 64 64 64 64 65


1

BEGINSITUATIE

De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van het vak TV Landbouw/Tuinbouw Toegepaste biologie van de tweede graad van de studierichting ‘Biotechnische wetenschappen’ gelden als beginsituatie. Dit betekent dat de leerlingen voldoende kennis en inzicht verworven hebben voor wat betreft volgende leerinhouden: ! informatieopname en verwerking; ! belang van water en opgeloste stoffen voor het organisme; ! classificatie van organismen; ! het leven van organismen in een biotoop; ! nuttige en schadelijke organismen. 2


De leerlingen zijn in staat om later met succes hoger onderwijs te volgen als voorbereiding op een technisch-wetenschappelijke loopbaan, vooral in de biotechnologische sector. Naast het verwerven van feitenkennis worden in het vak Toegepaste biologie inzichten, vaardigheden en attitudes ontwikkeld.

2.1 ! ! ! ! ! ! ! !

2.2 ! ! !

Het verwerven van fundamentele biologische inzichten De gemeenschappelijke kenmerken van levende wezens kunnen verwoorden. Inzicht verwerven in de wijze waarop de homeostase in organismen wordt bereikt en in de relatie tussen de organismen en hun milieu. Basiskennis verwerven in de voortplanting en in de erfelijkheid van organismen. Argumenten formuleren voor de evolutie. De tendensen in de opvattingen over de evolutie kunnen verwoorden. De unieke situatie van de mens in de natuur en de belangrijke plaats die hij daar inneemt aantonen. Inzicht verwerven in de fysiologische processen bij organismen. Het nut inzien van een gezonde levenswijze.

Het beheersen van volgende technieken Observatietechnieken: gebruik van microscoop en loep waarbij de waarnemingen worden vastgelegd bij middel van schets. Het maken van micropreparaten. Rapporteren van biologische gegevens in grafieken en in tabellen, deze ook kunnen interpreteren.


45


2.3 ! ! ! ! !

2.4 ! ! ! ! 3

Het verwerven van een verantwoorde attitude tegenover het milieu Eerbied voor levende wezens. Verantwoordelijkheid voor het eigen leven en voor het voortbestaan van de eigen soort. Individuele en collectieve milieuverantwoordelijkheid dragen. Vanuit de biologie doordringen in problemen met een sociale dimensie. Een gefundeerd standpunt kunnen innemen in biosociale problemen.

Inzicht verwerven in de natuurwetenschappelijke methode Zien en formuleren van een probleem. Opstellen en toetsen van een hypothese bij middel van experimenten en waarnemingen. Formuleren van besluiten. Toepassingen uit het dagelijks leven confronteren met deze wetenschappelijke achtergrond. ALGEMENE PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN

De biologielessen dienen gegeven te worden in een degelijk uitgerust lokaal. De leraar zal gebruik maken van didactische hulpmiddelen zoals dia's, transparanten, microscooppreparaten (microscopisch werk en microprojector), video, modellen, computerprogramma's en dergelijke. De leerlingen worden zoveel mogelijk actief betrokken bij de les. Samen met de veralgemening van het studieobject wordt het observatieniveau geleidelijk aan verdiept en verfijnd. Zo wordt bijvoorbeeld de cel in de derde graad opnieuw behandeld waarbij de studie ervan verfijnd wordt tot op een submicroscopisch en zelfs moleculair niveau. De waarneming geschiedt met behulp van elektronenmicroscopische foto's en met een driedimensionaal model. Dergelijke verdieping en verfijning geschiedt ook bij volgende onderwerpen: ! voortplanting; ! voeding; ! transport; ! excretie. Analysetechnieken worden aangebracht in het vak Laboratorium biotechniek. De leerinhouden worden zo veel mogelijk in verband gebracht met het specifieke van de studierichting ‘Biotechnische wetenschappen’. Naast hun algemeen vormende waarde dienen ze ook ter ondersteuning van de vakken Biotechniek en Laboratorium biotechniek. De leraar van het vak Toegepaste biologie zal contact nemen met de leraars van hoger vermelde vakken voor: ! het op elkaar afstemmen van de jaarplannen, voor een optimale ondersteuning; ! het voorkomen van overlappingen. Om de leraar behulpzaam te zijn bij het opstellen van de jaarplanning stellen wij volgende urenverdeling voor, rekening houdend met minstens 50 lesuren per schooljaar.


46


EERSTE LEERJAAR 1 2 3 4 5

Aantal lesuren

Bouw van organismen Voeding Ademhaling Transport bij organismen Excretie

7 14 12 10 7

TWEEDE LEERJAAR 6 Voortplanting 7 Erfelijkheidsleer 8 Evolutieleer

4

20 20 10

BEKNOPT OVERZICHT VAN DE LEERINHOUDEN

EERSTE LEERJAAR 1

Bouw van organismen

1.1

De cel als morfologische eenheid

! ! ! 1.2 ! !

Microscopische structuur Submicroscopische structuur Cellen in groepsverband De chemische samenstelling van organismen Water Droge stof

2

Voeding

2.1

Bij planten

! ! ! 2.2 ! ! ! ! ! !

Wateropname Mineraalopname Fotosynthese, autotrofie Bij mens en dier Bouw en werking van het verteringsstelsel Intra- en extracellulaire vertering Enzymen en enzymatische afbraak van voedselbestanddelen Absorptiemechanismen Heterotrofie Rol van vitaminen


47


3

Ademhaling bij organismen

3.1

Gasuitwisseling bij planten

3.2

Gasuitwisseling bij mens en dier

!

3.3 ! ! ! !

Gasuitwisseling met het milieu . ademhalingsorganen . diffusieproces ter hoogte van de longblaasjes . opname van zuurstofgas Celademhaling Rol van het ATP Aërobe en anaërobe ademhaling Proces van de celademhaling Mitochondriën

4

Transport in organismen

4.1

Bij planten

! ! ! 4.2 ! ! ! ! ! !

Bouw van de transportkanalen Xyleemtransport Floëemtransport Bij mens en dier Transportstelsel (bouw en werking) Hart en bloedvaten Samenstelling van het bloed Functies van het bloed Bloedgroepen en resusfactor Bouw van het lymfevatenstelsel

5

Excretie

5.1

Bij planten

! 5.2 ! ! !

Eliminatie van overtollige stoffen Bij mens en dier Excretieorganen Excretiestelsel Nieren


48


TWEEDE LEERJAAR 6

Voortplanting bij organismen

6.1

Groei en celdelingen

! ! ! ! ! 6.2 ! ! ! 6.3 ! ! ! ! ! !

Fasen van de celdeling Mitose en meiose DNA Celcyclus Klonen Voortplanting bij planten Ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting Toepassingen uit de land- en tuinbouw Generatiewisseling Voortplanting bij de mens Bouw van het voortplantingsstelsel Geslachtskenmerken Hormonale regulatie Embryonale en foetale ontwikkeling Geboorteregeling Biosociaal probleem

7

Erfelijkheid

7.1

Variabiliteit binnen de soort

! ! ! 7.2 ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

Variabiliteit Fenotype Invloed van het milieu op het fenotype Modificatie Overervingsmechanismen Wetten van Mendel Begrippen Mono- en dihybride kruisingen Overerving van de bloedgroep Multipele allelen en polygenie Overkruising Erfelijkheid van het geslacht Geslachtsgebonden erfelijkheid Populatiegenetica Vraagstukken over genetica


49


7.3

Genetische code en eiwitsynthese

! !

Moleculaire achtergrond van de eiwitsynthese Werking van het DNA

7.4

Mutaties

! ! !

Definitie Soorten Oorzaken en gevolgen

7.5

Genetische manipulatie

8

Evolutieleer

! ! ! !

Argumenten voor de evolutie Theorie van Lamarck en van Darwin Moderne evolutietheorieën Opvattingen over de invloed van: . adaptatie; . mutatie; . isolatie Evolutie bij de mens

! 5


EERSTE LEERJAAR

5.1 5.1.1

Bouw van organismen De cel als morfologische eenheid LEERINHOUDEN


Een preparaat van eenvoudige plantaardige en dierlijke cellen maken.

Maken van preparaten

!

Microscopische verschillen tussen een dierlijke en een plantaardige cel weergeven.

Microscopische structuur

!

De verschillende organellen opnoemen en hun bouw in verband brengen met hun functie.

Submicroscopische structuur van organellen

!

De bouw van een prokaryote en een eukaryote cel beschrijven.

Vergelijking tussen een prokaryote en een eukaryote cel

!

Verwoorden dat bij de meercelligen, cellen met specifiek uitzicht en functie gegroepeerd zijn tot weefsels.

Differentiatie van cel tot weefsel


50



Voor de microscopische observatie van celstructuren kan een vrije keuze gemaakt worden uit verschillende preparaten die door de leerlingen eenvoudig te maken zijn. Door de vergelijkende waarneming wordt vastgesteld dat organismen cellulair opgebouwd zijn. Hiertoe kunnen verschillende preparaten van plantaardige en dierlijke weefsels zeer goede diensten bewijzen. Door een plantaardige cel aan plasmolyse te onderwerpen kan men vaststellen dat het cytoplasma loskomt van de celwand waardoor het voorkomen van een plasmamembraan kan verondersteld worden. Hier kan bijvoorbeeld waterpest in een 5-10 % zoutoplossing gebracht worden. Voor de observatie van de celstructuren in een protistencel of in een dierlijke cel kan men een cultuur van pantoffeldiertjes, epitheelcellen van het mondslijmvlies of een weefselpreparaat gebruiken. Door microscopische waarneming bij eenzelfde vergroting vergelijkt men de grootte tussen plantaardige en dierlijke cellen. Door de vergelijking van microscopische waarnemingen op de twee reeksen worden de verschillen tussen plantaardige en dierlijke cellen vastgelegd. Op EM-foto's wordt vastgesteld dat de structuur van de cel veel complexer is dan de lichtmicroscopische waarneming laat vermoeden. Via detailfoto's en eventueel modellen worden de verschillende structuren onderscheiden. Op een schets worden ze in een algemeen overzicht gesitueerd, herkend en benoemd. Bij de bespreking van deze detailstructuren wordt opgemerkt dat de meeste organellen uit membranen zijn opgebouwd. Aan de hand van foto's, modellen en schema's wordt de functionele bouw van de belangrijkste celorganellen bondig besproken. Men zal de nadruk leggen op verschillen tussen de prokaryote en eukaryote cellen. 5.1.2

Chemische samenstelling van organismen LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

De chemische samenstelling van organismen schematisch voorstellen.

Water Droge stof: ! minerale zouten; ! organische stoffen (sachariden, lipi den en proteïnen)


Voor de bepaling en analyse van de chemische samenstelling van organismen verwijzen wij naar het vak Laboratorium Biotechniek tweede leerjaar van de tweede graad.


51


Door vergelijking van het watergehalte in bijvoorbeeld: ! bladeren van wintergroene planten; ! loofbomen; ! kruiden; ! bij dieren die in water of op vochtige plaatsen op het land leven kunnen relaties tussen de levenswijze en het milieu gelegd worden.

5.2 5.2.1

Voeding Bij planten LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Cellulaire transportmechanismen omschrijven en toelichten.

Wateropname Mineraalopname

!

Fotosynthesereacties beschrijven als een chemisch gebeuren met inbegrip van energieaspecten.

Fotosynthese

!

Inhoud geven aan de begrippen 'Autotrofie' en 'Chemotrofie'.

Autotrofie


Bij de wateropname door de plant wordt het accent gelegd op het osmoseproces. Uit een aantal proeven onder andere met kiemplanten, aardappelreepjes, vlies van een ui ... in milieus met verschillende concentratie aan opgeloste stoffen, zullen de begrippen plasmolyse, deplasmolyse, osmotische zuigspanning ... een inhoud krijgen. Hierbij aansluitend kan het volgende vermeld worden: ! het 'verbranden' van planten bij te sterke bemesting; ! het bestrijden van kruid tussen de stenen door het strooien van zout. Via eventueel zelf opgezette waterculturen bv. met tomaatplant, broedknoppen van Bryophyllum ... of via literatuurgegevens ontdekken de leerlingen welke elementen voor de plant noodzakelijk zijn. Een aantal typische gebreksverschijnselen kunnen op dit moment reeds verklaard worden, bijvoorbeeld een tekort aan stikstof. De betekenis van waterculturen in de praktijk kan belicht worden. De invloed van abiotische factoren zoals: ! koolstofdioxidegehalte; ! lichtintensiteit; ! golflengte van het licht (kleur); ! temperatuur op de fotosynthese kan gemakkelijk geïllustreerd worden met waterpestplanten. Het biochemisch proces wordt uiteindelijk vereenvoudigd schematisch voorgesteld. Het is niet de bedoeling gans de calvincyclus in detail te bespreken.


52


Er wordt op gewezen dat niet steeds zonne-energie, maar ook chemische energie belangrijk is voor de synthese van energierijke verbindingen. Men kan hierbij voorbeelden aanhalen van chemosynthetiserende bacteriën en hierbij wijzen op het belang van deze bacteriën in de stikstofkringlopen in de natuur. 5.2.2

Bij mens en dier LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De werking en de bouw van het spijsverterings- Bouw en werking van het spijsvertestelsel omschrijven. ringsstelsel

!

Het onderscheid tussen intra-en extracellulaire vertering verwoorden.

Intra-en extracellulaire vertering

!

De bouw en de werking van enzymen weergeven.

Bouw en werking van enzymen

!

Factoren die invloed hebben op de werking van enzymen toelichten.

Invloed op de werking van enzymen

!

Absorptiemechanismen ter hoogte van de darm beschrijven.

Absorptiemechanismen ter hoogte van de darm

!

Inhoud geven aan het begrip 'Heterotrofie'.

Heterotrofie

!

De rol van vitaminen in een gezonde voeding toelichten.

Rol van vitaminen


Met behulp van modellen, dia's, transparanten of softwareprogramma's kunnen de delen van het spijsverteringsstelsel en de werking van enzymen worden aangeleerd. Dit kan eventueel aangevuld worden met een dissectie van een kuiken met onderzoek van de verschillende delen van het spijsverteringsstelsel. Belangrijk hierbij is het inzicht dat bij primitieve diergroepen door fagocytose voedsel door de cel omsloten wordt en door enzymen uit de cel verteerd wordt, waarna de voedingsstoffen in de cel worden opgenomen. Uiteindelijk moet men komen tot een schematisch overzicht van de inwerking van spijsverteringssappen op de voedselbestanddelen, waarbij er niet te diep wordt ingegaan op de biochemie van de vertering.


53


5.3

Ademhaling bij organismen

5.3.1

Gasuitwisseling bij planten LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De gasuitwisselingen bij planten verduidelijken.

!

De aanpassingen aan de gasuitwisselingen bij planten omschrijven.

Gasuitwisselingen


Door microscopische observaties bestudeert men de huidmondjes van bijvoorbeeld prei en sla. 5.3.2

Gasuitwisseling bij mens en dier LEERINHOUDEN


Het mechanisme van de longventilatie en gasuitwisseling beschrijven

Gasuitwisseling met het milieu: ! ademhalingsorganen ! diffusie ter hoogte van de longblaasjes

!

Verduidelijken dat diverse organismen op verschillende manieren aangepast zijn aan het opnemen van zuurstofgas.

Opname van zuurstofgas


Via schema's, transparanten, software, microscopische preparaten, microfoto's ... worden de structuren, die de gasuitwisselingen bij dieren of mensen mogelijk maken, gevisualiseerd. Eventueel via een dissectie de bouw en de functie van ademhalingsorganen (long, kieuwen) verduidelijken. 5.3.3

Celademhaling LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Uitleggen dat organismen voor hun energetische processen steeds ATP gebruiken.

Rol van het ATP

!

Met een voorbeeld het onderscheid tussen aërobe en anaërobe ademhaling illustreren.

Aërobe en anaërobe ademhaling

!

Het proces van de celademhaling analyseren, schematisch voorstellen en lokaliseren in de cel.

Het proces van de celademhaling

!

De functionele bouw van de mitochondriën beschrijven.

Mitochondriën


54



Mogelijk kan de energie ontwikkeld bij de verademing en de vergisting van glucose vergeleken worden. Het is niet de bedoeling gans de krebscyclus in detail uit te leggen, de grote stappen bestaande uit glycolyse, zure cyclus en terminale oxidaties zullen hier volstaan. Het respiratorisch quotiënt kan bij plantenzaden vergeleken worden, bijvoorbeeld bij bonen, lijnzaad, erwten en zonnebloempitten.

5.4 5.4.1

Transport bij organismen Bij planten LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De bouw van de transportwegen beschrijven.

Bouw van transportwegen

!

Het xyleem- en het floëemtransport uitleggen.

Xyleem-en floëemtransport


Enkele proeven kunnen uitgevoerd worden om de betekenis van transport en van de transportbanen te verduidelijken bijvoorbeeld een blad in een eosineoplossing, de ringwandproef toegepast in de druiventeelt. Via waarnemingen op micropreparaten van stengeldoorsneden worden de verschillen in bouw tussen xyleem en floëem vastgesteld en de structuur-functie relaties nagegaan. 5.4.2

Bij mens en dier LEERINHOUDEN


De bouw van het transportstelsel beschrijven.

Transportstelsel: bouw, werking

!

De bouw en de werking van het hart kunnen beschrijven.

Bouw en werking van het hart

!

Bouw en aanpassingen aan de functie van de bloedvaten weergeven.

Bloedvaten

!

De samenstelling en de functie van het bloed omschrijven.

Samenstelling van het bloed Functies van het bloed: ! transport; ! bescherming bloedstolling immuniteit homeostase

!

Een verklaring geven voor het onderscheid tussen de bloedgroepen van ABO- en resussysteem bij de mens.

Bloedgroepen en resusfactor


55


!

De problemen die zich bij bloedtransfusies stellen in verband met bloedgroepen toelichten.

Problemen bij bloedtransfusies

!

Problemen bij zwangerschap in verband met de resusfactor verwoorden.

Problemen bij zwangerschap

!

De bouw en de functie van het lymfevatenstelsel omschrijven.

Lymfevatenstelsel


Uitgaande van een dissectie kan men de bouw van het hart en de structuur-functierelatie verduidelijken. Via schema's, microscooppreparaten, softwareprogramma's ... kan de bloedsomloop volledig en schematisch worden uitgewerkt. De rol van het bloed bij homeostase wordt verduidelijkt. Waar het mogelijk is kunnen verbanden gelegd worden met onder andere harttransplantatie, hart- en vaatziekten zoals hartinfarct, trombose, embolie ... Voor de uitwerking kan men zich laten inspireren door bestaande documenten (boeken, video's, software, ECG).

5.5 5.5.1

Excretie Bij planten LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

Omschrijven hoe planten hun overbodige stoffen verwijderen.

Eliminatie van stoffen


Bladerval kan ook aangezien worden als een eliminatie evenals de verdamping. De klemtoon leggen op het uit circulatie brengen van stoffen (teveel aan water en zout) bv. kristallen. 5.5.2

Bij mens en dier LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een overzicht van de excretieorganen geven.

Excretieorganen

!

De bouw van het excretiestelsel beschrijven.

Excretiestelsel

!

De werking van de nier verklaren.

Nieren: ! macroscopische en microscopische bouw ! werking


56



Macroscopisch en microscopisch onderzoek, eventueel een dissectie van bijvoorbeeld een varkensnier kan leiden tot het verklaren van de structuur-functie relatie van de nieren. Tabellen met een nauwkeurige opgave van de samenstelling van het bloed, de voorurine en de urine kunnen uit de literatuur overgenomen worden en de gegevens kunnen met elkaar vergeleken worden om aldus de werking van de nier te kunnen bespreken. TWEEDE LEERJAAR

5.6 5.6.1

De voortplanting bij organismen Groei en delingen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Op microfoto's of schetsen de fasen van een celdeling aanduiden en benoemen.

Fasen van een celdeling

!

Het verschil tussen mitose en meiose naar resultaat van de deling weergeven en het belang van beide soorten delingen toelichten.

Mitose en meiose

!

De structuur en de replicatie van het DNA beschrijven.

DNA

!

De DNA-replicatie in de celcyclus situeren.

Celcyclus

!

Factoren die de mitose beïnvloeden opnoemen.

!

Het begrip ‘klonen’ omschrijven.

Klonen


Zo nodig wordt de bouw van de cel herhaald om de kennis over de organellen die van belang zijn bij de leerstof van dit jaar op te frissen. Reuzechromosomen zijn goed waar te nemen in de speekselklieren bij Chironomus sp. (vedermuglarven, te koop als visvoer in een aquariumhandel). Het kweken van Drosophila sp. (fruitvliegjes) levert weinig moeilijkheden. De larven in het derde stadium zijn bruikbaar, deze kruipen omhoog tegen de wand om te gaan verpoppen. De diertjes worden gedood in azijnzuur (45 %). De vedermuglarve wordt na het derde borstsegment dwars doorgesneden. De inhoud wordt vanaf de kop naar buiten gedreven. De speekselklieren zijn twee speldekopgrote gelatineuze blaasjes aan weerszijden van de slokdarm. De fruitvlieglarve wordt bij de kop en het achtereind vast genomen; er wordt getrokken tot de huid openscheurt. De kristallijn doorzichtige speekselklieren blijven aan de kop vastzitten.


57


De speekselklieren worden gekleurd met orceïne-azijnzuur en nadien gewassen met azijnzuur 45 % zodat enkel het DNA gekleurd blijft. Tenslotte worden de speekselklieren geplet en onder de microscoop onderzocht (squashtechniek). Voor de studie van de mitotische figuren kan men gebruik maken van (door de leerlingen gemaakte) preparaten van worteltopjes van bijvoorbeeld een net bewortelde ajuin of pas gekiemde erwten of bonen. De worteltopjes worden gemacareerd in HCl 1M, gewassen en daarna geplet tot vlezige draden verkregen worden. Het materiaal wordt dan warm gekleurd met orceïne-azijnzuur en met de squashtechniek behandeld. De meiose kan geïllustreerd worden met microscopische preparaten van bijvoorbeeld helmknoppen of sprinkhanen. Ook wandplaten, microscopische foto's en verschillende schetsen kunnen het verloop van de mitose en meiose verduidelijken. Om de crossing-over bij de meiose op een eenvoudige manier voor te stellen, kan men gebruik maken van speelgoedparels in vier verschillende kleuren. Met een dubbele rij parels (van dezelfde kleur) stelt men de twee chromatiden van een chromosoom voor; het homologe chromosoom wordt voorgesteld in een tweede kleur, even lang en met het centromeer op dezelfde plaats. Voor een tweede chromosomenpaar kan men dan kortere rijen parels in andere kleuren gebruiken. Door de chromatiden deels te laten overlappen en de kleuren te verwisselen kan men aantonen dat na een meiose er vier verschillende cellen zijn; dit in tegenstelling tot de mitose waar er twee identieke cellen ontstaan zijn. Voor de studie van de verdubbeling van het DNA kan gebruik gemaakt worden van dynamische modellen, transparanten of illustratieve software. Naar aanleiding van een bespreking van het kankerprobleem kan de delingremmende invloed van behandelingen als chemotherapie en bestraling geïllustreerd worden. Wanneer men recente informatie over dit onderwerp vindt in (wetenschappelijke) tijdschriften, kan dit als aanknopingspunt dienen om het in verband te brengen met de leerstof. 5.6.2

Voortplanting bij planten LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Aan de hand van voorbeelden het onderscheid tussen ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting verduidelijken.

Ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting

!

Toepassingen van vegetatieve vermenigvuldiging in de land- en tuinbouw geven.

Toepassingen uit land- en tuinbouw

!

Een voorbeeld van generatiewisseling beschrijven.

Generatiewisseling bij sporenplanten of bij zaadplanten


Voor zover mogelijk kunnen voorbeelden van ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting bij planten het best geïllustreerd worden met levend of gedroogd materiaal. ook micropreparaten, foto's, schetsen en transparanten kunnen nuttig zijn.


58


Als men op tijd (juni) sporen van varens, bijvoorbeeld op gesteriliseerde (pot)grond laat ontkiemen, heeft men met wat geluk mooie voorkiemen in september-oktober om de generatiewisseling te tonen. Men kan ook gebruik maken van handelspreparaten. Naast stekken als techniek voor vegetatieve voortplanting, past het zeker in een studierichting ‘Biotechnische wetenschappen’ om ook eens over in vitro kweek van planten te spreken. In een gewoon schoollabo is het uiteraard moeilijk om deze techniek te illustreren, daar dit uiterst steriel moet gebeuren. Het effect van plantenhormonen die in deze zeer gespecialiseerde kweek gebruikt worden, kan wel gemakkelijk geïllustreerd worden: denk maar aan het effect van bewortelingspoeder op stekken, maar bijvoorbeeld ook aan het effect van auxines en gibberelines (wortelgroei resp. scheutgroei) kan met tuinkers, erwten of bonen aangetoond worden. 5.6.3

Voortplanting bij de mens LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De bouw van het voortplantingsstelsel bij de mens beschrijven

Voortplantingsstelsel (mannelijk, vrouwelijk)

!

De geslachtskenmerken bij man en vrouw weergeven.

Geslachtskenmerken ! primaire ! secundaire

!

De rol van de hormonale regulatie in de voortplantingscyclus toelichten.

Hormonale regulatie

!

De embryonale en de foetale ontwikkeling op een eenvoudige wijze weergeven.

Embryonale en foetale ontwikkeling

!

Enkele methoden van geboorteregeling toelichten

Bevorderen en afremmen van de vruchtbaarheid

!

Een biosociaal probleem bespreken bijvoorbeeld in verband met SOA.

Biosociaal probleem, bijvoorbeeld: seksueel overdraagbare aandoeningen


Bij hogere organismen is de geslachtelijke voortplanting de algemene regel. Daar de mens centraal staat, is het begrijpelijk dat de menselijke voortplanting uitvoerig behandeld wordt. In een korte herhaling wordt de bouw en de structuuraanpassingen van de geslachtsorganen behandeld (primaire en secundaire geslachtskenmerken). Het is aangewezen even dieper in te gaan op de vorming van zaad- en eicellen en na te gaan door welke deling deze voortplantingscellen tot stand komen. De opvallende periodiciteit in de eicelvorming en de continuïteit in de zaadcelproductie worden in het licht van de hormonale regeling bij beide geslachten behandeld. De geslachtsgemeenschap wordt vanuit wetenschappelijk en menselijk standpunt belicht. De voornaamste ontwikkelingsfasen van de bevruchte eicel tot de geboorte en het geboorteproces zelf worden aan de hand van schetsen, foto's, videofilms .. besproken. Het is belangrijk voor jonge mensen dat de biologieleraar op vakkundige en verantwoorde wijze de meest voorkomende middelen tot regeling van de vruchtbaarheid bespreekt en tevens wijst op de betrouwbaarheid en de voor- en de nadelen van deze methoden.


59


Op dezelfde manier moeten sommige biosociale problemen, bijvoorbeeld kunstmatige inseminatie, in vitro fertilisatie, seksueel overdraagbare aandoeningen (AIDS ...) vanuit een wetenschappelijk en ethisch standpunt benaderd worden.

5.7 5.7.1

Erfelijkheid Variabiliteit binnen de soort LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een inhoud voor het begrip variabiliteit formuleren.

Variabiliteit

!

Een inhoud voor het begrip fenotype formuleren.

Fenotype

!

Verwoorden dat het milieu invloed heeft op het fenotype.

Invloed van het milieu op het fenotype

!

Een inhoud voor het begrip modificatie formuleren.

Modificatie


Door waarnemingen op organismen van eenzelfde soort of delen ervan (bijvoorbeeld: aantal ribben bij kokkels; lengte van de bladeren van een boom; lengte of massa van bonen; verschillen bij katten) kan vastgesteld worden dat er onderlinge verschillen zijn. Aan de hand van een voorbeeld (bijvoorbeeld: proef van Bonnier met paardenbloemen; het ontwikkelen tot werkster of koningin bij bijen als gevolg van verschil in voedsel; verschillende bladeren bij waterranonkel en pijlkruid) leiden de leerlingen af dat het milieu invloed heeft op het fenotype. Men kan de leerlingen een modificatiecurve laten opstellen. 5.7.2

Overervingsmechanismen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Uit de resultaten van proeven de wetten van Mendel afleiden.

Wetten van Mendel

!

Een inhoud formuleren voor begrippen gen, genotype, dominant en recessief allel, homozygoot, heterozygoot, dominantie en intermediaire overerving.

Begrippen voor de weergave van overervingsmechanismen

!

De resultaten van mono- en dihybride kruisingen verklaren en symbolisch voorstellen.

Mono-en dihybride kruising

!

De overerving van de bloedgroepen in het ABO-systeem verklaren als een voorbeeld van multipele allelen.

Multipele allelen Overerving van de bloedgroep

!

Uit de resultaten van beschreven experimenten vormen van polygenie en cryptomerie afleiden.

Polygenie, cryptomerie


60


!

Uit resultaten van experimenten van Morgan afleiden dat sommige genen gekoppeld zijn en dat overkruising of crossing-over kan optreden.

Overkruising

!

Afleiden hoe het geslacht erfelijk bepaald wordt.

Erfelijkheid van het geslacht

!

Het begrip geslachtsgebonden erfelijkheid omschrijven en verklaren.

Geslachtsgebonden erfelijkheid

!

De basisbegrippen van de populatiegenetica omschrijven. Met een voorbeeld de wet van Hardy-Weinberg illustreren en de voorwaarden van toepasbaarheid aangeven.

Populatiegenetica

!

Steunend op de erfelijkheidswetten eenvoudige vraagstukken over genetica oplossen.

Vraagstukken over genetica

PEDAGOGISCH!DIDACTISCHE WENKEN

Om het mechanisme van overerving in te leiden worden proeven van Mendel als voorbeeld van een wetenschappelijk onderzoek besproken. De klemtoon wordt gelegd op de logische stappen van het onderzoek en het afleiden van de wetten uit de resultaten. Uit de proeven van Mendel blijkt dat planten met eenzelfde fenotype voor een kenmerk een verschillende erfelijke aanleg kunnen hebben. Hierop kan het begrip genotype aangebracht worden. Vertrekkend van de positie van chromosomen en genen tijdens de meiose worden de resultaten van Mendel verklaard en symbolisch voorgesteld. Door het bespreken van voorbeelden van overerving met multipele allelen en polygenie (cryptomerie...) wordt het inzicht in overerving van genen verfijnd, vraagstukken zijn hier nuttig. De proeven van Morgan met fruitvliegjes tonen aan dat sommige genen samen worden overgeërfd waarbij men aanneemt dat ze op eenzelfde chromosoom liggen. Vervolgens wordt de crossing-over besproken. Er wordt ook gewezen op het voorkomen en de betekenis van letale genen. 5.7.3

Genetische code en eiwitsynthese LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De moleculaire achtergrond van de eiwitsynthese kunnen verklaren.

Eiwitsynthese

!

De overdracht van erfelijke informatie door DNA bij de eiwitsynthese omschrijven.

Werking van het DNA ! transcriptie ! translatie


61



Samen met de leerlingen kan een model opgebouwd worden van eiwitten, DNA en RNA om hen inzicht bij te brengen in de structuren van de moleculen waaruit deze stoffen zijn opgebouwd. Eventueel kan gebruik gemaakt worden van video-opnamen, opbouwtransparanten of didactische modellen om de eiwitsynthese te verduidelijken. 5.7.4

Mutaties LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een mutatie kunnen definiëren en het onderscheid met een modificatie verwoorden.

Definitie

!

De soorten mutaties opnoemen en met voorbeelden illustreren.

Soorten mutaties ! genmutatie ! chromosoommutatie ! genoommutatie

!

Oorzaken en gevolgen van mutaties kunnen toelichten..

Oorzaken en gevolgen


Aan de hand van voorbeelden wordt het onderscheid gemaakt tussen modificaties en mutaties. Met behulp van karyogrammen worden enkele mutaties besproken (genoommutatie, chromosoommutatie). Via een onderwijsleergesprek kan gezocht worden naar oorzaken (bijvoorbeeld delingsfouten). Uitgaande van ziektebeelden bij de mens kunnen ook genmutaties aangebracht worden. Genmutaties worden aanzien als wijzigingen in de DNA-samenstelling. Er bestaat ook simulatie-software om mutaties visueel voor te stellen. 5.7.5

Genetische manipulatie LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

Inzicht verwerven in de genetische manipulatie en deze kunnen verduidelijken met voorbeelden.

Voorbeelden


Voor dit deel van de leerstof moeten er om overlappingen te vermijden afspraken gemaakt worden met de leraar van het vak Biotechniek. Agrobacterium tumefaciens wordt dikwijls als voorbeeld van natuurlijke genoverdracht gebruikt. Het uitwerken van dit voorbeeld veronderstelt dat de leerlingen het bestaan van bijvoorbeeld plasmiden bij de bacteriën kennen. Deze tak van de wetenschap verandert zo snel dat men best de leerlingen motiveert om op zoek te gaan naar recente informatie over dit onderwerp. Hier kunnen dan ook artikels over gemanipuleerde producten aandacht krijgen.


62


5.8

Evolutieleer LEERINHOUDEN


Domeinen uit verschillende takken van de biologie als argumenten voor de evolutie verantwoorden.

Argumenten voor de evolutie

!

De evolutietheorieën van Lamarck en Darwin aan de hand van voorbeelden illustreren en ze kritisch benaderen

Evolutietheorieën ! de Lamarck; ! Darwin

!

Genotypische verscheidenheid verklaren.

Moderne evolutietheorieën Opvattingen over de invloed van: ! adaptatie ! mutatie ! selectie ! isolatie

!

Huidige opvattingen over de evolutie van de mens weergeven.

Evolutie van de mens


Aan de hand van transparanten, tekenschema's, experimentbeschrijvingen worden een reeks wetenschappelijke aanwijzingen uit de vergelijkende anatomie, de vergelijkende embryologie, de paleontologie en de biochemie aangeboden om de evolutiegedachte te argumenteren. De theorieën van Lamarck en Darwin worden met elkaar vergeleken. Er wordt op gewezen dat deze ontstonden voor de proefnemingen van Mendel. In een onderwijsleergesprek worden de aanvaarde punten van beide theorieën aangevuld met de inzichten van de erfelijkheid en van de mutaties. De moderne evolutietheorie stoelt op de genetische verscheidenheid binnen een populatie, die bewerkt is door de recombinatie van de genen bij elke nieuwe generatie en door mutaties. Op die verscheidenheid werken allerlei vormen van isolatie en selectie divergerend in. Hierdoor brengt men het inzicht bij dat de genetische samenstelling binnen een populatie evolueert. Hierbij mag de natuurlijke selectie als sterkste drijfkracht beschouwd worden. 6

EVALUATIE

De evaluatie dient na te gaan in welke mate de leerplandoelstellingen en de algemene doelstellingen bereikt zijn. Dit kan geschieden door het observeren van de leerlingen tijdens een leergesprek en door formatieve en summatieve proeven. Indien er bij de evaluatievragen meerkeuze- of juist-/foutvragen voorkomen moet de evaluatie gebaseerd zijn op de motivering van de keuze en niet op de keuze zelf. Een juiste keuze met een verkeerde motivering of zonder motivering moet als totaal onvoldoende beschouwd worden. Het beeldmateriaal neemt in de lessen biologie een belangrijke plaats in. Vragen met schema’s en afbeeldingen zijn nuttig.


63


7


7.1 ! !

7.2

! ! ! ! ! ! ! ! ! !

7.3 ! !

7.4 ! ! ! !

7.5 ! !

Infrastructuur Demonstratietafel met energie- en watervoorziening Werktafels voor leerlingen

Schetsen (wandkaarten, transparanten, microfoto’s) of modellen voor de studie van de submicroscopische structuur van de cel de structuur van DNA celdelingen de voeding de ademhaling transport excretie voortplanting genetica evolutieleer

Micropreparaten voor de studie van microscopische structuur van de cel weefsels

Hulpmiddelen voor onderzoek Dissectiemateriaal Microscopen Stereomicroscoop Vergrootglazen

Chemicaliën Kleurstoffen Bewaarvloeistoffen


64


7.6 ! ! 8

Projectiemiddelen Retroprojector met toebehoren Videoprojector BIBLIOGRAFIE

8.1

Leerboeken

De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen. 8.2

Naslagwerken

Medische genetica Pronk J.C. Wetenschappelijke Uitgeverij Bunge Utrecht 1994 Moderne Plantkunde Bossier M Van In Lier Moderne Dierkunde Bossier Van In Lier Toegepaste biologie Deel 1 Cellen Deel 2 Organismen Wetenschappelijke en educatieve uitgevers Antwerpen/Leiden Het ABC van het DNA, Mens en erfelijkheid Marynen P. en Waelkens S. Davidsfonds Leuven 8.3

Publicaties - Tijdschriften

VOB (Vereniging voor het Onderwijs in de Biologie, de Milieuleer en de Gezondheidseducatie) Jan Van Rijswijcklaan 277 - 2020 Antwerpen VELEWE (Vereniging van Leraars in de Wetenschappen) Werkgroep MENS (Milieu-Educatie, Natuur & Samenleving) Uitgaven van Pedagogisch-didactische centra en Navormingscentra Verschuuren


65


BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO TV LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW TOEGEPASTE CHEMIE Eerste leerjaar: 2 uur/week Tweede leerjaar: 2 uur/week


D/1999/0279/047

Toegepaste chemie D/1999/0279/047

67


INHOUD 1

BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

2

ALGEMENE DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3


4


5


5.6 5.7 5.8 5.9 5.10

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Het chemisch evenwicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ionisatie-evenwichten in water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Heterogeen evenwicht: vast-vloeibaar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oxidatie-reductieverschijnselen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inleiding tot de koolstofchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Koolstofketens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Koolwaterstoffen (KWS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Monofunctionele verbindingsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polyfunctionele verbindingsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

MINIMALE MATERIELE VEREISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Infrastructuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basismateriaal voor chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwarmingselementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Meetapparatuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Visualiseren in de chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5


68

73 73 74 78 78 79 80 80 81 82 83 84

86 86 86 86 86 86 86


1

BEGINSITUATIE

De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van het vak TV Landbouw/Tuinbouw Toegepaste chemie van de tweede graad van de studierichting ‘Biotechnische wetenschappen’ gelden als beginsituatie. Dit betekent dat de leerlingen voldoende kennis en inzicht verworven hebben voor wat betreft volgende leerinhouden: ! het structuurmodel van de materie; ! atoombouw en periodiek systeem der elementen; ! de chemische binding en chemische verbindingen; ! de chemische reactie; ! chemische verbindingsklassen; ! het gedrag van stoffen in water; ! kwantitatieve aspecten in de chemie. 2


Chemie zal door de leerlingen ervaren worden als een belangrijk onderdeel van het te verwerven cultuurbezit, het moet voor hen meer betekenen dan gewoon een leervak. Ze moeten zich bewust zijn van de gunstige invloed die chemie heeft op onze welvaart en onze samenleving door zijn verwezenlijkingen op het vlak van de biotechnologie, en verder ook bijvoorbeeld op het gebied van kunststoffen. Anderzijds moeten ze op een objectieve manier kunnen oordelen over bepaalde milieuproblemen die hier soms mee gepaard gaan en hoe deze kunnen opgelost worden. Zelf moeten ze een gefundeerde attitude verwerven in verband met het veilig en milieubewust omgaan met stoffen. Hiervoor moeten ze kennis gebaseerd op inzicht verwerven. De verworven kennis moet op een inzichtelijke manier worden toegepast. De leerlingen zijn in staat om technische en wetenschappelijke problemen op te lossen, vooral deze die eigen zijn aan de studierichting, zodat ze later met succes hoger onderwijs kunnen volgen als voorbereiding op een technisch-wetenschappelijke loopbaan. 3

ALGEMENE PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN

Om de gestelde doelstellingen te bereiken is het noodzakelijk dat de chemielessen in een degelijk aangepast lokaal gegeven worden. De leraar zal zoveel mogelijk uitgaan van demonstratieproeven en verschijnselen uit het dagelijks leven en voorbeelden eigen aan de studierichting. Voor het visualiseren van het verloop van chemische reacties zal men stereomodellen gebruiken aan te vullen met computersimulaties, dia's, transparanten en dergelijke. Bij het weergeven van resultaten zal er rekening gehouden worden met de benaderingsregels zoals ze in het vak Fysica gezien werden in de tweede graad en uitgediept in de derde graad. Stechiometrische berekeningen die reeds aan bod kwamen in de tweede graad worden regelmatig ingeoefend, bijvoorbeeld in huistaken, waarbij men de moeilijkheidsgraad stapsgewijs laat toenemen. De leerlingen maken ook in de derde graad gebruik van tabellen met R- en S-zinnen en blijven verder veiligheidssymbolen kennen op waarschuwingsborden en etiketten (gevarensymbolen). Laboratoriumoefeningen over onderwerpen die in het vak Chemie behandeld worden komen aan bod in het vak Laboratorium Biotechniek. Er zal dus samenspraak nodig zijn.


69


In samenspraak met leraars van andere technische vakken kunnen er studiebezoeken aan bedrijven georganiseerd worden in verband met veiligheid en milieutechnologie. De toepassingen die als leerinhoud vermeld staan bij leerplanonderdelen zijn bij voorkeur eigen aan de studierichting ‘Biotechnische wetenschappen’. Voor het concretiseren van toepassingen wordt er contact opgenomen met de leraar van het vak Biotechniek. Hierdoor wordt een belangrijke algemene doelstelling voor het vak Chemie in de studierichting ‘Biotechnische wetenschappen’ verwezenlijkt. Om de leraar behulpzaam te zijn bij het opstellen van de jaarplanning stellen wij volgende urenverdeling voor rekening houdend met 50 lesuren per schooljaar. EERSTE LEERJAAR 1 2 3 4 5

Aantal lesuren

Het chemisch evenwicht Ionisatie-evenwicht in water Heterogeen evenwicht Oxidatie-reductieverschijnselen Koolstofchemie (inleiding)

10 20 5 10 5

TWEEDE LEERJAAR 6 7 8 9 10

4

Koolstofketens Koolwaterstoffen Monofunctionele koolstofverbindingen Polyfunctionele koolstofverbindingen Kunststoffen

6 10 15 12 7


EERSTE LEERJAAR 1 ! ! ! ! !

Het chemisch evenwicht Betekenis van het chemisch evenwicht Onderscheid homogeen-heterogeen evenwicht Evenwichtsconstante en evenwichtsconcentraties Verschuiving van het chemisch evenwicht Industriële bereiding, bijvoorbeeld van ammoniak

2

Ionisatie-evenwichten in water

2.1

Elektrolyten

! !

Ionogene stoffen Ionisatiegraad en ionisatiewetten


70


2.2 ! ! ! 2.3 ! ! ! ! ! 2.4 ! ! ! 2.5 ! ! ! 3

pH van een oplossing Ionenproduct van water Definitie van de pH van een oplossing Belang van de pH-waarde Zuur-basereactie volgens Brönsted Zuur-basedefinitie volgens Brönsted Zuur-basekoppels Zuur-en baseconstanten Sterkte van zuren en basen pH-berekeningen Zuur-basetitraties Neutralisatiereactie Equivalentiepunt (stechiometrisch punt) Titratiecurve Buffermengsels Doel en samenstelling Werkingsprincipe Belang van een buffer Heterogeen evenwicht: vast-vloeibaar

! !

Oplosbaarheidsproduct en oplosbaarheid Vorming en oplossen van neerslagen

4

Oxidatie-reductieverschijnselen

! ! ! ! ! 5 ! ! !

Oxidatie en reductie Redoxkoppels Opstellen van redoxvergelijkingen Normpotentiaal van redoxstelsels Toepassingen Inleiding tot de koolstofchemie Onderscheid tussen organische en anorganische verbindingen Elektronenconfiguratie van elementen De bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom


71


TWEEDE LEERJAAR 6

Koolstofketens

! !

Ruimtelijke structuur Isomerie (structuur en stereo)

7 ! !

!

Koolwaterstoffen (KWS) Acyclische koolwaterstoffen verzadigde KWS: alkanen onverzadigde KWS: alkenen, alkynen, alkadiënen Cyclische koolwaterstoffen cycloalkanen (U) benzeen en homoloog Apolair karakter Verzadigde en onverzadigde KWS Homologe reeks Nomenclatuurregels Toepassingen

8

Monofunctionele verbindingsklassen

! !

Halogeenhoudende acyclische koolstofverbindingen Zuurstofhoudende acyclische koolstofverbindingen . alcoholen . ethers . aldehyden en ketonen . carbonzuren (alkaanzuren, alkeenzuren) . carbonzuuresters Stikstofhoudende acyclische koolstofverbindingen . aminen . amiden Substitutieproducten van benzeen

! !

Samenstelling Chemische functie Eigenschappen Nomenclatuurregels Synthesewegen (U) Toepassingen 9 ! ! ! ! !

Polyfunctionele verbindingsklassen Hydroxycarbonzuren Aminozuren Gluciden Lipiden Proteïnen


72


Samenstelling Eigenschappen Molecuulstructuur Toepassingen ! in de biotechnologie ! in de agrarische wereld 10

Kunststoffen

!

Polymeren . samenstelling . vorming: polymerisatie, polycondensatie Indeling van kunststoffen: thermoplasten, thermoharders, elastomeren Vormgevingstechnieken en eigenschappen Toepassingsgebieden van kunststoffen: . in de agrarische wereld; . in de biotechniek; . in het dagelijks leven. Recyclage

! ! !

! 5


EERSTE LEERJAAR

5.1

Het chemisch evenwicht LEERPLANDOELSTELLINGEN !

LEERINHOUDEN

De chemische evenwichtstoestand omschrijven als een dynamisch stabiele toestand gekenmerkt door eenzelfde reactiesnelheid van twee reacties die gelijktijdig verlopen in tegengestelde zin.

Betekenis

!

Het onderscheid tussen homogeen en heterogeen evenwicht verduidelijken.

Soorten

!

Het verband tussen de evenwichtsconstante en de evenwichtsconcentraties weergeven en interpreteren.

Evenwichtsconcentratie Evenwichtsconstante

!

De verschuiving van evenwichten onder invloed van temperatuurverandering en concentratieverandering voorspellen en dit toelichten.

Verschuiving van het chemisch evenwicht

!

Een industriële bereiding weergeven als een toepassing op het chemisch evenwicht.

Industriële bereiding, bijvoorbeeld de bereiding van ammoniak


73



In eerste instantie kan men als voorbeeld het dynamisch evenwicht tussen een vloeistof en haar damp (in een afgesloten ruimte) aanbrengen, hoewel dit geen homogeen evenwicht is. Vervolgens maakt men het onderscheid tussen homogeen en heterogeen evenwicht. Daarna geeft men een voorbeeld van een chemisch evenwicht door een evenwichtsreactie met één van de reagentia in mindermaat waarvan men de aanwezigheid bij het evenwicht aantoont. De vergelijking die het verband aangeeft tussen de evenwichtsconstante Kc en de evenwichtsconcentraties moet niet afgeleid worden. Wanneer men deze afleiding toch maakt door het aan elkaar gelijk stellen van reactiesnelheden neemt men een voorbeeld waarbij de coëfficiënten in de reactievergelijking overeenkomen met de machten van de concentraties in de snelheidsvergelijking en men stelt duidelijk dat de voorgestelde methode niet mag veralgemeend worden. Men kiest dan als voorbeeld het evenwicht in de gasfase met diwaterstof, dijood en waterstofjodide. Aan de hand van beginhoeveelheden van reagentia en reactieproducten en van een hoeveelheid van één van de bij het evenwicht betrokken stoffen in een gegeven constant volume kan men de evenwichtsconstante laten berekenen. Wanneer de evenwichtsconstante gekend is kan men aan de hand van de beginhoeveelheden in een constant en gegeven volume de evenwichtsconcentraties en de hoeveelheden bij het evenwicht berekenen, in elk geval moet men in het begin als voorwaarde stellen dat al de stofhoeveelheden betrokken bij het evenwicht groter zijn dan nul. Bij evenwichten in de gasfase kan ook de totale druk bij het evenwicht berekend worden. Eventueel kan men de evenwichtsconstante Kp berekenen aan de hand van partiële drukken. De verschuiving van het chemisch evenwicht zal men verklaren aan de hand van het beginsel van Le Chatelier. Men moet de leerlingen goed doen inzien dat de factoren die het chemisch evenwicht beïnvloeden niet noodzakelijk dezelfde zijn als deze voor de reactiesnelheid. De leerlingen moeten duidelijk inzien dat ‘verschuiving naar rechts’ en ‘verschuiving naar links’ niet noodzakelijk betekenen dat de evenwichtsconcentraties van de reactieproducten respectievelijk toenemen of afnemen doch dat ze rechtstreeks in verband staan met veranderingen van stofhoeveelheden. Ook moet men de leerlingen duidelijk maken dat de evenwichtsconstante van een bepaalde evenwichtsreactie enkel verandert onder invoer van de temperatuur. Vermits ammoniak gebruikt wordt als meststof kan de industriële bereiding ervan als toepassing gegeven worden.

5.2

Ionisatie-evenwichten in water

5.2.1

Elektrolyten LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Het gedrag van ionogene stoffen als elektrolyt verklaren in het kader van het chemisch evenwicht.

Ionogene stoffen

!

De ionisatiegraad definiëren.

Ionisatiegraad

De ionisatiewetten weergeven en verduidelijken als toepassing van het chemisch evenwicht.

Ionisatiewetten

!


74



Als inleiding wordt het onderscheid tussen ionogene en ionofore stof herhaald. Door het nagaan van het geleidend vermogen van oplossingen kan men het onderscheid tonen tussen sterke en zwakke elektrolyten. De ionisatiegraad wordt gedefinieerd als de verhouding van de hoeveelheid geïoniseerd elektrolyt en de hoeveelheid van het elektrolyt opgelost in water. 5.2.2

De pH van een oplossing LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

Het ionenproduct van water samen met zijn betekenis weergeven.

Ionenproduct van water

!

De pH van een oplossing definiëren.

pH van een oplossing

!

Het belang van de pH illustreren onder andere bij de plantenteelt.

Belang van de pH

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De punten 5.2.2 en 5.2.3 kunnen geïntegreerd behandeld worden. Bij het aanbrengen van het leerstofpunt 'Ionisatie-evenwichten in water' is het noodzakelijk even in te gaan op de manier waarop de pH kan gemeten worden. Men kan op een eenvoudige wijze verschillende methoden demonstreren en inschakelen in laboefeningen zoals: ! het gebruik van indicatorpapier ! het gebruik van indicatoren (oplossing) ! het gebruik van een pH-meter bijvoorbeeld: @ eenvoudige pH-meters die onder andere gebruikt worden voor bodemonderzoek en onderzoek van aquariumwater; @ pH-meter met gecombineerde glaselektrode. Men kan pH-metingen uitvoeren van stoffen uit het dagelijks leven zoals azijn, een frisdrank, een zeepoplossing, shampoo en dergelijke. Het belang van de pH-waarde van de bodem en bij hydroculturen wordt hier aangehaald. 5.2.3

Zuur-basereacties volgens Brönsted LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De definitie van een zuur en een base volgens de theorie van Brönsted verwoorden.

Zuur-basedefinitie

!

In een gegeven zuur-basereactie de zuurbasekoppels aanduiden.

Zuur-basekoppels

!

Eenvoudige zuur-basereacties opstellen.

Zuur-basereactie

!

De zuur- en baseconstante uitdrukken in functie van de evenwichtsconcentraties van de betrokken deeltjes.

Zuur- en baseconstanten


75


!

Het verband leggen en toelichten tussen de zuursterkte (basesterkte) en de zuurconstante (baseconstante) .

!

Een tabel met zuurconstanten gebruiken.

!

Een baseconstante afleiden uit een tabel met zuursterkten.

!

pH-berekeningen maken.

Zuur- en basesterkte

pH-berekeningen


In de theorie van Brönsted worden zuren en basen gedefinieerd als deeltjes. Een zuur wordt bepaald als een deeltje dat een proton afstaat en een base als een deeltje dat een proton opneemt. Het is enorm belangrijk dat die definitie door de leraar consequent toegepast wordt om geen verwarring te zaaien bij de leerlingen. Er moet duidelijk een onderscheid gemaakt worden tussen een zuur en een base als stof (theorie van Arrhenius) en een zuur en een base als deeltje (theorie van Brönsted). In dit laatste geval kan men spreken over zuur- en basedeeltjes of over Brönstedzuren en -basen. De definities volgens Brönsted kunnen eerst ingeoefend worden met voorbeelden van protolysereacties met watermoleculen als zuur-of basedeeltjes. Vervolgens kan men deze definities toepassen op neutralisatiereacties. Men moet verduidelijken dat de baseconstante van een basedeeltje afgeleid wordt van de zuurconstante van het geconjugeerde zuur, dit moet sterk benadrukt worden bij de amfolyte deeltjes. Men moet ervoor zorgen dat de sterkte van zure en basische oplossingen niet verward wordt met sterkte van zuren en basen. Het resultaat voor de pH van een oplossing wordt na de berekeningen weergegeven met twee decimalen. 5.2.4

Zuur/base-titraties LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een neutralisatiereactie omschrijven en de bijbehorende deeltjesvergelijking weergeven.

Neutralisatiereactie

!

De betekenis van het stechiometrisch punt (equivalentiepunt) verwoorden.

Stechiometrisch punt (equivalentiepunt)

!

Het pH-verloop tijdens een titratie schetsen en interpreteren voor een titratie van een sterk zuur door een sterke base.

Titratiecurve

!

De keuze van een geschikte zuur-base-indicator Zuur-base-indicator toelichten.


76



Hier is er samenwerking nodig met de leraar Laboratorium Biotechniek waar zuur-basetitraties door de leerlingen uitgevoerd worden.. Het is logischer om te spreken over stechiometrisch punt dan over equivalentiepunt. Bij het stechiometrisch punt werden de reagerende deeltjes samengebracht volgens hun stechiometrische verhouding. Men zal de leerlingen doen inzien dat het stechiometrisch punt niet moet overeenkomen met pH =7. Bij de titratie van een sterk zuur met een sterke base kan men gebruik maken van indicatoren en van een pH-meter. Om dit meer aanschouwelijk te maken kan men gebruik maken van de computer (real-time omstandigheden). Het totstandkomen van de titratiecurve kan tijdens de titratie rechtstreeks getoond worden op het scherm. De titratie kan ook gesimuleerd worden met ingevoerde gegevens en het verloop van de titratiecurve kan op het scherm getoond worden. De resultaten van een titratie kunnen geïntegreerd worden in stechiometrische berekeningen (zie hiervoor punt 3 'Algemene didactische wenken). De werking van een zuur-base-indicator wordt toegelicht in het kader van het chemisch evenwicht. 5.2.5

Buffermengsels LEERINHOUDEN


Het doel van een buffer en zijn samenstelling weergeven.

Doel en samenstelling

!

Het werkingsprincipe van een buffer toelichten vanuit zuur-base-evenwichten.

Werkingsprincipe

!

Het belang van buffers met voorbeelden illustreren.

Het belang van een buffer bijvoorbeeld ! ecologisch belang ! in het bloed ! bij fermentatie


De werking van de buffer wordt experimenteel aangetoond. De formule om de pH van een buffer te berekenen kan hier worden afgeleid. Het begrip 'buffercapaciteit' moet niet gedefinieerd worden, doch de leerlingen moeten wel inzien dat er voorwaarden zijn voor de zuur-geconjugeerde baseverhouding in het buffermengsel. Men kan verwijzen naar ecologisch belangrijke buffersystemen en naar het belang van buffers in het bloed en bij fermentatie.


77


5.3

Heterogeen evenwicht: vast-vloeibaar LEERINHOUDEN


Het oplosbaarheidsproduct definiëren en interpreteren.

Oplosbaarheidsproduct

!

Het verband uitdrukken tussen oplosbaarheid en oplosbaarheidsproduct wanneer de betrokken gehydrateerde ionen stabiel zijn tegenover water.

Oplosbaarheid en oplosbaarheidsproduct

!

Het oplossen van neerslagen toelichten door dit in verband te brengen met het chemisch evenwicht.

Oplossen van neerslagen door: ! pH-wijziging ! complexvorming

!

Het principe van de neerslagtitratie verduidelijken.

Principe van de neerslagtitratie

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN De leerlingen voeren neerslagtitraties uit voor het vak Laboratorium Biotechniek. Het is noodzakelijk dat er overleg is met de leraar van dit vak. Aan de hand van het oplosbaarheidsproduct kan men de oplosbaarheid van weinig in water oplosbare verbindingen berekenen. Men gebruikt hier enkel voorbeelden waarbij de ionen stabiel zijn tegenover water zoals weinig oplosbare chloriden, bromiden en jodiden en bijvoorbeeld geen sulfiden. Men kan factoren die de oplosbaarheid beïnvloeden bespreken zoals bijvoorbeeld de temperatuur, de aanwezigheid van een gelijk ionsoort (gemeenschappelijk ion), de pH van de oplossing en zeker ook de vorming van complexionen.

5.4

Oxidatie-reductieverschijnselen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

De begrippen oxidator en reductor omschrijven.

Oxidator, reductor

!

In een gegeven deeltjesvergelijking de redoxkoppels aanduiden.

Redoxkoppels

!

Eenvoudige redoxreacties tussen deeltjes opstellen met de deelreactiemethode.

Redoxvergelijking

!

Tabellen met normpotentialen van redoxstelsels gebruiken en hieruit afleiden dat oxidator en reductor relatieve begrippen zijn.

Normpotentialen

!

Enkele toepassingen geven en verklaren, bijvoorbeeld: ! galvanische cel; ! elektrolyse; ! corrosie.

Toepassingen


78



Men kan hier de analogie onderstrepen tussen een redoxreactie en een zuur-basereactie volgens Brönsted. Tijdens de redoxreactie geschiedt er een uitwisseling van elektronen, tijdens een zuur-base reactie volgens Brönsted een uitwisseling van protonen. Het opstellen van redoxvergelijkingen in een zuur en in een basisch midden moet ingeoefend worden. In een zuur midden kan men werken met waterstofionen of eventueel met hydroniumionen. De ligging van het evenwicht kan bepaald worden aan de hand van de tabellen met de redoxpotentialen (hiervoor gebruikt men consequent ofwel de reductiepotentiaal ofwel de oxidatiepotentiaal). Van deze gelegenheid kan men gebruik maken om voor een eenvoudig redoxevenwicht de evenwichtsconstante af te leiden. De anode zal algemeen gedefinieerd worden als de elektrode waar de oxidatie plaatsvindt en de kathode als de elektrode waar de reductie plaatsvindt. Hierdoor kan men verduidelijken dat bij de elektrolyse de anode de positieve elektrode is, terwijl ze bij een galvanische cel de negatieve elektrode is. Men kan de EMS (elektromotorische spanning) van een galvanische cel berekenen aan de hand van concentratiegegevens en Eo-waarden, hiervoor moet echter eerst de formule van Nernst aangebracht worden. De corrosie van metalen constructiematerialen zoals namelijk aluminium en gegalvaniseerd ijzer bij serres kan behandeld worden..

5.5

Inleiding tot de koolstofchemie LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Een onderscheid weergeven tussen organische en anorganische stoffen.

Organische en anorganische stoffen

!

De energietoestand van elektronen van een atoom beschrijven aan de hand van hoofd- en subenergieniveaus.

Energieniveaus van de elektronen binnen het atoom

!

De elektronenconfiguratie van een atoom in de grondtoestand weergeven.

Elektronenconfiguratie

!

Het verband tussen de plaats van een element in het PSE en zijn elektronenconfiguratie verduidelijken.

!

Verklaren hoe het komt dat het koolstofatoom vier bindingen vormt .

Het bindingsvermogen van het koolstofatoom

!

De aard van de koolstofbindingen toelichten .

Koolstofbindingen

PEDAGOGISCHE-DIDACTISCHE WENKEN

Het onderscheid tussen organische en anorganische stoffen kan historisch benaderd worden. Aan de hand van promotie van elektronen kan men verklaren waarom het koolstofatoom vier bindingen vormt. Het is verder aangewezen om gebruik te maken van molecuulmodellen. Het totstandkomen van een pi- en een sigmabinding kan hier gegeven worden steunend op overlapping van atoomorbitalen (liefst aan de hand van modellen, transparanten,ed.). Toegepaste chemie D/1999/0279/047

79


Bij het opstellen van de elektronenconfiguratie van atomen in de grondtoestand kan men gebruik maken van het diagonaalschema of van een energiediagram. TWEEDE LEERJAAR

5.6

Koolstofketens LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Het onderscheid maken tussen vertakte en onvertakte ketens.

Vertakte en onvertakte ketens

!

Cyclische en acyclische koolstofketens herkennen.

Cyclische en acyclische ketens

!

De ruimtelijke structuur van koolstofketens toelichten.

Ruimtelijke structuur

!

Het begrip isomerie verwoorden en isomeren van elkaar onderscheiden.

Structuur- en stereo-isomerie


Hier is het gebruik van stereomodellen noodzakelijk. Structuurisomeren moet men door de leerlingen laten opstellen op basis van molecuulformules (brutoformules). Naast structuurisomerie behandelt men de stereo-isomerie namelijk de geometrische en de optische isomerie. Bij de geometrische isomerie kan men het onderscheid tussen de isomeren geven door de cis- en transvorm en eventueel ook door de Z-(zusammen) en de E-(entgegen)vorm te vermelden. De optische isomerie kan enkel aangebracht worden aan de hand van stereomodellen. Om optische isomeren voor te stellen maakt men gebruik van Fisherprojecties. De optische isomerie moet niet verder uitgediept worden dit wil zeggen. de leerlingen moeten niet noodzakelijk R- en S-configuraties kunnen herkennen. De optische activiteit moet hier ook niet besproken worden. De optische isomerie kan eventueel ook geïntegreerd behandeld worden in het punt 5.9 'Polyfunctionele verbindingsklassen'.


80


5.7

Koolwaterstoffen (KWS) LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

LEERINHOUDEN

Volgende stofklassen betrekken bij het verwezenlijken van onderstaande doelstellingen.

Acyclische koolwaterstoffen ! verzadigde KWS (alkanen) ! onverzadigde KWS alkenen alkynen alkadiënen Cyclische koolwaterstoffen ! cycloalkanen ! benzeen en een homoloog

!

Verduidelijken waarom KWS apolair of praktisch apolair zijn en hieruit gevolgen trekken voor wat hun fysische eigenschappen betreft

Apolair karakter en fysische eigenschappen

!

Verzadigde en onverzadigde KWS van elkaar onderscheiden en hieruit gevolgen trekken voor wat hun chemische eigenschappen betreft.

Verzadigde en onverzadigde KWS

!

Het begrip homologe reeks omschrijven en verklaren hoe bepaalde fysische eigenschappen in die reeks veranderen.

Homologe reeks

!

Het principe van de nomenclatuurregels toepassen op eenvoudige KWS.

Nomenclatuurregels

!

Enkele toepassingen van KWS opnoemen en toelichten.

Toepassingen

(U)


Er geschiedt geen systematische benadering met opsomming van bereidingen en eigenschappen van alkanen, alkenen, alkynen en alkadiënen. Voor wat fysische eigenschappen zoals oplosbaarheid, vluchtigheid, geleidbaarheid enz. betreft kan men steunen op wat gezien werd in het eerste leerjaar van de derde graad namelijk in het leerstofpunt 'Moleculaire interacties en eigenschappen van stoffen'. Men benadrukt hier het onderscheid tussen verzadigde en onverzadigde verbindingen. Substitutiereacties zijn eigen aan verzadigde verbindingen en additiereactie zijn eigen aan onverzadigde verbindingen. Verbranding en kraking worden voorgesteld als degradatiereacties. De polymerisatie kan hier reeds aan bod komen. Een schematische voorstelling van elk reactietype volstaat, er moeten geen reactiemechanismen gegeven worden. Het principe van de naamvorming volstaat, dit moet niet 'eindeloos' ingeoefend worden. Als toepassing kan het gebruik van etheen bij het rijping van tomaten vermeld worden.


81


5.8

Monofunctionele verbindingsklassen LEERINHOUDEN


!

Volgende verbindingsklassen betrekken bij het verwezenlijken van de doelstellingen.

Halogeenhoudende verbindingen Zuurstofhoudende verbindingen: alcoholen, ethers, aldehyden, ketonen, carbonzuren, carbonzuuresters Stikstofhoudende verbindingen: aminen, amiden

!

Monofunctionele verbindingen verwoorden als afgeleid van KWS door het vervangen van één waterstofatoom door één ander atoom of -groep.

Samenstelling

!

Een geziene chemische functie herkennen en benoemen.

Chemische functie

!

Eigenschappen van monofunctionele koolstofverbindingen verduidelijken steunend op de aard van het KWS-gedeelte en de aard van de chemische functie.

Eigenschappen

!

Het principe van de nomenclatuurregels toepassen.

Nomenclatuurregels

!

Synthesewegen opstellen ter vorming van een Synthesewegen gegeven monofunctionele verbinding. (U)

!

Enkele toepassingen van monofunctionele koolstofverbindingen vooral uit de agrarische wereld weergeven.

(U)

Toepassingen


Het is de bedoeling de leerlingen meer inzichtelijk te leren werken. Er geschiedt geen systematische benadering van stofklassen met bereidingen en eigenschappen. Men zal belang hechten aan de mogelijke overgangen tussen de verschillende stofklassen via synthesewegen. Het laten opstellen van synthesewegen is facultatief. In het begin mogen de leerlingen een schema gebruiken waaruit ze de synthesewegen kunnen afleiden, nadien moeten ze zelf de synthesewegen kunnen bepalen, het reactietype bij elke stap kunnen weergeven en schematisch verduidelijken bijvoorbeeld: Van propeen tot 2-chloor-propaan (additie), verder tot propanol-2 (substitutie) en vervolgens tot propanon (eliminatie). De reactiemechanismen moeten in geen geval behandeld worden, deze laten instuderen betekent voor de leerlingen veelal geheugenwerk.


82


Het principe van de naamvorming bij deze verbindingsklassen volstaat, er kunnen ook triviale namen gegeven worden. Substitutieproducten van benzeen kunnen hier ook besproken worden. Aan de hand van de mesomerie bij monosubstitutieproducten van benzeen kan men het oriënterend vermogen van de substituent aantonen. Men kan hier ook synthesewegen laten opstellen. Volgende toepassingen kunnen gegeven worden: ! het bewaren van voedsel in azijn; ! biobrandstoffen (methanol, ethanol, esters uit koolzaadolie, ethers en alcoholen uit biomassa); ! pesticiden (organische chloorverbindingen, foforesters); ! meststoffen: ureum. De CFK's kunnen hier ook behandeld worden.

5.9

Polyfunctionele verbindingsklassen LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Volgende stofklassen betrekken bij het verwezenlijken van de doelstellingen.

Hydroxycarbonzuren Aminozuren Proteïnen Gluciden Lipiden Nucleïnezuren

!

Polyfunctionele verbindingen verwoorden als afgeleid van KWS door het vervangen van meerdere waterstofatomen door chemische functies.

Samenstelling

!

Verduidelijken dat eigenschappen van polyfunctionele verbindingen te wijten zijn de aard van het KWS-gedeelte en de aard van de chemische functies.

Eigenschappen

!

Het verband leggen tussen de molecuulstructuur van gluciden, lipiden, proteïnen en hun belangrijkste eigenschappen.

!

Enkele toepassingen van polyfunctionele verbindingen vooral in de agrarische wereld weergeven.

Toepassingen


Het niet de bedoeling een systematische benadering van de polyfunctionele verbindingsklassen te geven. Men zal het verband leggen tussen structuur en eigenschappen van stoffen. De stereo-isomerie kan hier aan bod komen. De betekenis van lipiden, gluciden en proteïnen voor de voeding kan geïllustreerd worden. De term 'Koolhydraten' wordt niet meer gebruikt en steeds vervangen door 'Gluciden', vermits deze verbindingen geen hydraten van koolstof zijn. Bij de studie van de gluciden kan men de leerlingen ringstructuren leren herkennen namelijk van glucose, zetmeel, cellulose, sacharose en dergelijke.


83


Na de gluciden kunnen de zoetstoffen besproken worden. Bij de behandeling van de lipiden kunnen de factoren, die het in normale omstandigheden vast of vloeibaar zijn van vetten bepalen, aan bod komen samen met het smeltgedrag, het harden en de oxidatie ervan. De basisstructuur van de steroïden kan voorgesteld worden met daarna cholesterol als voorbeeld. De opbouw en de afbraak van gluciden, lipiden en proteïnen wordt gegeven aan de hand van schema's waarop de structuren van de betrokken verbindingen voorkomen. De leerlingen moeten deze schema's kunnen verduidelijken en toelichten. Ze moeten zeker zelf deze schema's niet kunnen weergeven. Bij de behandeling van de proteïnen wordt de ruimtestructuur en ook de denaturatie gegeven. Melkeiwitten komen hier zeker aan bod. Als toepassing van enzymen kan men de werking van het pectinase om fruitsappen te klaren vermelden .

5.10

Kunststoffen


LEERINHOUDEN

!

Polymeren verwoorden als een aaneenschakeling van monomeren.

Polymeren

!

Het verloop van een polymerisatiereactie schematisch weergeven.

Polymerisatie

!

Het verloop van een condensatiereactie schematisch weergeven.

Polycondensatie

!

Kunststoffen indelen op basis van het al dan niet voorkomen van een vernetting tussen de ketens en op basis van de graad van vernetting.

Indeling van kunststoffen

!

Verwoorden dat eigenschappen van kunststoffen een gevolg zijn van hun chemische structuur en van behandelingen uitgevoerd op het basispolymeermateriaal.

Eigenschappen van kunststoffen

!

Enkele toepassingen geven en verantwoorden van het gebruik van kunststoffen in: ! de agrarische wereld; ! de biotechniek; ! het dagelijks leven.

Toepassingen

!

De recyclage van kunststoffen met voorbeelden illustreren.

Recyclage


Het is niet nodig dat de leerlingen de vormgevingstechnieken kunnen beschrijven. De polyadditie hoeft hier zeker niet aan bod te komen, de polycondensatie kan behandeld worden wanneer men polyfunctionele verbindingsklassen gezien heeft. De polymerisatie kan al gezien worden in het punt 5.7 'Koolwaterstoffen'. Er moeten hier ook geen reactiemechanismen gegeven worden.


84


Vertrekkend van petroleum kan de vorming van kunststoffen gegeven worden. Verduidelijken dat de agrarische wereld een toepassingsgebied is voor de kunststoffen onder andere voor: ! constructiematerialen; ! afschermdoeleinden; ! beschermdoeleinden bijvoorbeeld folies, beschermzeilen voor kuilvoer; ! .... De toepassingen van kunststoffen bij verpakking van voedsel kunnen besproken worden samen met de eisen gesteld wat betreft de permeabiliteit ervan. Men moet de leerlingen doen inzien dat levensmiddelen en farmaceutica die gevoelig zijn voor oxidatie niet opgeslagen worden in PE- of PP-flessen wegens hun hoge permeabiliteit voor gassen, dit is ook zo voor koolzuurhoudende dranken. Door gebruik te maken van flessen met een grotere dikte zou men dit probleem kunnen oplossen, doch dit is om economische redenen niet haalbaar. 6

EVALUATIE

De evaluatie moet informatie verstrekken over de mate waarop de leerlingen de algemene doelstellingen van het vak en de leerplandoelstellingen bereikt hebben. Hierdoor kan de leraar remediërend optreden tijdens het schooljaar en adviserend optreden voor wat de oriëntering van de leerling betreft op het einde van de derde graad. Tijdens het lesgebeuren kan nagegaan worden in welke mate algemene doelstellingen bereikt zijn, dit kan door een leergesprek gevoerd tijdens het bespreken van een probleem en via de summatieve toetsen (proefwerken). Het is belangrijk dat de leerlingen dikwijls en zonder verwittiging getest worden (mondeling of schriftelijk) op parate kennis welke zeer belangrijk is in het vak Chemie. Verder kunnen doelstellingen geëvalueerd worden door middel van taken, formatieve toetsen over een groter leerstofgedeelte (systematisch) en natuurlijk ook door summatieve toetsen (schriftelijk of mondeling). Vermits chemie een continu vak is moeten de gestelde doelstellingen als verworven beschouwd worden zodat leerstof gezien tijdens een vorig trimester, semester of schooljaar moet gekend blijven en geïntegreerd in de huidige leerstof kan getoetst worden. De leerlingen dienen hierover te worden ingelicht. In de vraagstelling bij de summatieve toetsen moet er variatie zijn voor wat betreft de vorm en de aard van de opdrachten, deze laatsten moeten zoveel mogelijk verschillende doelstellingen omsluiten. Invulbladen zijn bij de summatieve toetsen af te raden. Er mogen, zonder overdrijven, enkele meerkeuzevragen gesteld worden. Denkvragen zijn nodig omdat de leerlingen de verworven kennis moeten kunnen toepassen. Er moet echter niet overdreven worden wat het aantal gestelde vraagstukken betreft, al zijn deze belangrijk. De tijd besteed aan het oplossen van vraagstukken bedraagt ongeveer de helft van de examentijd. Normaal gezien mogen de leerlingen meestal gebruik maken van een tabel met het PSE.


85


7


7.1 ! !

7.2 ! ! ! ! ! 7.3

Infrastructuur Een aangepaste demonstratietafel met water- en energievoorziening Voorziening voor afvoer van schadelijke dampen en gassen

Basismateriaal voor chemie Volumetrisch materiaal Balans Thermometers Recipiënten (allerhande) Statieven met toebehoren Verwarmingselementen

Bijvoorbeeld bunsenbranders elektrische verwarmingsplaat verwarmingsmantel en dergelijke

7.4 ! !

7.5 ! !

7.6 ! !

Meetapparatuur Stroom- en spanningsmeter met laagspanningsbron of geleidings- of geleidbaarheidsmeter pH-meter met elektrode

Stoffen Chemicaliën voor demonstratie-experimenten Enkele kunststoffen

Visualiseren in de chemie Stereomodellen Projectietoestel met benodigdheden


86


8

BIBLIOGRAFIE

8.1

Leerboeken

De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen.

8.2

Naslagwerken

Formules en namen in de anorganische chemie J.Van de Weerdt Uitgeverij De Sikkel Organische chemie Karel Bruggemans, Yvette Herzog, Vera Versée Uitgeverij De Boeck (1986) Het chemisch practicum, een laboratoriumhandboek H.R. Leene NL Uitgeverij nib Zeist (1995) Plastics Dr.A.E. Schouten, Dr.ir.A.K. van der Vegt Educatieve en technische uitgeverij Delta Press (1991) Uitgaven van de Wetenschappelijke Bibliotheek Natuur & Techniek NL 6160 VK BEEK Reeks Chemie Overal Educaboek Culemborg Nederland Scheikunde in land- en tuinbouw L.Gilissen, H. Soest Educatieve Partners Nederland/Stam Techniek Postbus 666 NL 3990 DR Houten Inleiding in bio-organische chemie J.F.J. Engbersen Pudoc Wageningen Mechanismen van organische reacties R.Breslow A. Oosthoek's Uitgeversmaatschappij N.V.


87


Biochemie W. Biermans De Sikkel 1986 Chemie Totaal! NICL (Nationaal Informatie Centrum Leermiddelen) Overzicht/Beschrijvingen Leermiddelen Scheikunde 1995 Postbus 2041 NL 7500 CA Enschede

8.3

Tijdschriften - publicaties

Tijdschrift van de vereniging van leraars in natuurwetenschappen (VELEWE) Mollenveldwijk 30, 3271 Zichem Uitgaven van Pedagogisch-didactische Centra en Navormingscentra Publicaties van de Federatie van de Chemische Nijverheid van België Maria-Louisasquare 49, 1040 Brussel EChO (Essays voor Chemie Onderwijs), een reeks naslagwerken chemie KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging) Groot Begijnhof 6, 3000 Leuven Chemische feitelijkheden Actuele encyclopedie over chemie in relatie tot gezondheid, milieu en veiligheid. H.D. Tjenk Willink Uitgeverij Samsom (Wolters-Kluwer) Chemie actueel Tijdschrift voor scheikunde-onderwijs KPC (Katholiek Pedagogisch centrum) Postbus 482 NL 5201 AL Den Bosch Chemie Magazine KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging) Groot Begijnhof 6, 3000 Leuven


88


BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO TV LANDBOUW/TOEGEPASTE NATUURWETENSCHAPPEN/TUINBOUW TOEGEPASTE FYSICA Eerste leerjaar: 1 (+ 1) uur/week Tweede leerjaar: 1 (+ 1) uur/week


D/1999/0279/047

Toegepaste fysica D/1999/0279/047

89


INHOUD

1

BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

2 2.1 2.2

ALGEMENE DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Basisdoelstellingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3


4


5


5.4 5.5 5.6 5.7

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Leerlingenpractica (U) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Elektrodynamica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Elektromagnetisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Leerlingenpractica (U) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Bewegingsleer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Krachtenleer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Trillingen en golven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

6

EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

7 7.1 7.2 7.3

MINIMALE MATERIELE VEREISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basisinfrastructuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basismateriaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Specifiek materiaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

5.1 5.2 5.3


90

113 113 113 113


1

BEGINSITUATIE

De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van het vak AV Fysica van de tweede graad van deze studierichting, gelden als beginsituatie. Hierdoor hebben de leerlingen inzichten en vaardigheden verworven in volgende onderwerpen: ! metrologie; ! structuur van de materie; ! optica; ! krachten; ! arbeid, energie en vermogen; ! druk; ! gaswetten; ! warmte; ! faseovergangen. Van deze leerlingen mag worden verwacht dat ze naast een ruime belangstelling voor wiskunde eveneens interesse vertonen voor natuurwetenschappen en techniek. De meeste leerlingen zullen immers voor hun vervolgstudie een studierichting kiezen waarbij natuurwetenschappen in het algemeen en fysica in het bijzonder in de toegepaste zin worden gebruikt. 2


2.1

Inleiding

Aangezien de studierichting ’Biotechnische wetenschappen’ voorbereidt op hogere studies, moet het fysicaonderricht in de eerste plaats gezien worden als een ondersteunend vak met het oog op dat vervolgonderwijs. Dit betekent ten eerste dat het aanbrengen van een zekere feitenkennis (wetten, theorieën, modellen) een doel op zich is. Zeker nu er in het hoger onderwijs een evolutie is om minder dan vroeger de leerstof van het secundair onderwijs te herhalen, maar waar men direct start met het vakspecifieke van de richting. Het gaat in de tweede plaats ook om het aanleren van een manier van denken en handelen, het zich eigen maken van een aantal vaardigheden. Het betreft hier vaardigheden die bij fysica van groot belang zijn, maar waarvan het nut de fysica overstijgt en welke vereist zijn om te slagen in vervolgstudies. Ten derde leidt het gebruik van contextuele toepassingen tot een betere realisatie van het bovenstaande. De behandeling van toepassingen uit verschillende domeinen geeft aan de fysica daarenboven een extra dimensie. We bekijken deze drie aspecten nu iets meer in detail.

2.2

Basisdoelstellingen

Bij het concretiseren van het eerste punt moeten de leerlingen ervaren dat fysica als leervak meer is dan een opeenstapeling van experimenteel gevonden wetten, formules en modellen. De fysica is een logisch gestructureerd geheel van natuurwetenschappelijke kennis, dat niet bij toeval tot stand is gekomen, maar het gevolg is van de zoektocht van de mens naar het hoe en het waarom van de fysische realiteit.


91


De leerlingen moeten in staat zijn om: ! belangrijke begrippen en wetten van de fysica in de specifieke vaktaal correct weer te geven; ! het ordenend, verklarend en voorspellend karakter van eenvoudige fysische modellen en theorieën te doorzien; ! de betekenis van de fysica voor onze cultuur en onze huidige samenleving in te zien; ! verwondering op te brengen voor de harmonie en de complexiteit die schuilt in de fysische verschijnselen. Het fysicaonderricht is ten tweede uitermate geschikt om leerlingen een aantal vaardigheden bij te brengen, zoals structureren, analyseren, kritisch verwerken, plannen, oriënteren en reflecteren. Deze zijn niet alleen belangrijk bij hogere studies, maar kunnen ook een bijdrage leveren tot hun functioneren in de huidige en toekomstige kennismaatschappij. Het fysicaonderricht is immers niet enkel productgericht, maar ook proces-gericht. Hierbij moet de leerlingen een attitude van leren leren bijgebracht worden. Ze moeten zich eveneens kunnen ontwikkelen tot kritisch denkende mensen, die niet alleen de vanzelfsprekendheden van onze technologische maatschappij in vraag stellen, maar ook hun eigen preconcepties. De leerlingen moeten in staat zijn ! uit informatie (tekst, tekeningen, foto’s, tabellen, grafieken en schema’s) relevante gegevens te selecteren en te interpreteren; ! inzichtelijk om te gaan met relaties op concreet en abstract niveau; ! relevante waarnemingen te doen en deze weer te geven door middel van woorden, tabellen, grafieken en schema’s; ! het essentiële van het bijkomstige te onderscheiden en hierbij zin voor relativering op te brengen; ! zich weerbaar op te stellen in een technologische omgeving en kritisch te staan met betrekking tot maatschappelijke, technische en ethische problemen in de samenleving; ! alleen of in groep een opdracht uit te voeren en er een verslag van te maken; ! een eigen hypothese te formuleren en aan te geven hoe deze kan worden onderzocht. Het fysicaonderricht biedt ten derde ook de mogelijkheid via contextuele toepassingen uit tal van domeinen, de leerlingen een aantal praktische verworvenheden van de fysica te laten zien. Daarnaast moeten de leerlingen ook inzien dat heel wat verschijnselen, waarmee we geconfronteerd worden, toepassingen zijn van de fysica. De leerlingen moeten in staat zijn om ! de wetenschappelijke kennis die ze bezitten toe te passen bij contextuele problemen; ! experimenten of waarnemingen in klassituaties met “real!life” situaties te verbinden; ! de impact van de natuurwetenschappen op de technologische ontwikkeling en op de leefomstandigheden van de mens met voorbeelden te illustreren. 3

ALGEMENE PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN EN DIDACTISCHE MIDDELEN

Dit leerplan beoogt een basis van fysica te leggen door een grondige behandeling van bepaalde domeinen van de klassieke fysica in hun tweeledig aspect: het theoretische en het experimentele. Beschikt men over een complementair uur dan zal men enkele leerlingenproeven inlassen, terwijl in het ander geval men zich beperkt tot demonstratieproeven. Er wordt nadruk gelegd op toepassingen van de fysica in het dagelijks leven en de techniek.


92


De leerlingen die biotechniek volgen zijn niet enkel gemotiveerd voor wetenschappen, maar beschikken ook over een zekere wiskundige bagage (6 uur/week). De meerderheid van deze leerlingen zijn reeds in staat om behoorlijk wat leerstof te verwerken en de voornaamste theorieën kwalitatief te begrijpen en kwantitatief te verwerken. Bij het leren van fysica tracht de leerling wetenschappelijke inzichten in de verschijnselen en de proeven te verwerven. Dit kan niet overeenkomen met het passief opnemen van kennis. Het interpreteren en toepassen van formules blijven echter belangrijker dan de wiskundige afleiding. De leerlingen interesseren zich op een verschillende wijze voor het tweeledig aspect van de fysica. Sommigen zullen vooral belangstelling vertonen voor de theoretische en wiskundige behandeling, anderen zijn goed in experimenten en zijn sterk geïnteresseerd in technologische toepassingen. Met het oog op deze verschillen worden verschillende werkvormen aangeboden. Dit kan onder andere gerealiseerd worden via experimenten en leerlingenactief werken. Het experimenteel karakter van het fysicaonderricht mag echter niet leiden tot een ordeloos uitvoeren van proeven om de proeven, doch elk experiment moet doelbewust ingeschakeld worden, hetzij om een probleem te stellen, hetzij om tot de oplossing te komen van een vooraf gesteld fysisch probleem. De aandacht voor het theoretisch aspect mag niet resulteren in inzichtloos manipuleren van wiskundige formalismen. Het leren ontdekken en begrijpen van de wereld rondom ons met zijn contextuele toepassingen is een gebeuren waarbij de leerling zelf actief zijn mening vormt door nieuwe ervaringen, informatie en ideeën toe te voegen aan zijn eigen voorstellingen en begrippen. Bij leerlingactief onderwijs geeft de leraar informatie en instructies waar nodig en volgt het leerproces van op een zekere afstand. Hij vermijdt om de problemen onmiddellijk zelf op te lossen. Hij begeleidt de leerling naar het doel door tips te geven of door te helpen bij het herdefiniëren van het probleem. Voor het realiseren van die beide werkvormen moet aan een aantal randvoorwaarden voldaan zijn. Men dient te beschikken over een goed uitgerust vaklokaal (zie vakbrochure VVKSO ‘Didactische infrastructuur voor het onderwijs in de natuurwetenschappen’). Vanzelfsprekend moet het nodige leerlingenmateriaal en demonstratiemateriaal aanwezig zijn (zie brochure VVKSO ‘Didactisch materiaal voor het onderwijs in de natuurwetenschappen’). Het is wettelijk voorzien dat het SI-eenhedenstelsel gebruikt wordt. Bij vermelding van een grootheid bij de leerinhouden wordt verwacht dat de SI-eenheid wordt aangegeven in de les. Voor de naam, het symbool en de eenheid van de grootheden verwijzen we naar de Belgische normen die hieromtrent worden uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wenden tot: BIN (Belgisch Instituut voor Normalisatie) Brabançonnelaan 31 1040 Brussel Tel . (02)733 42 54 Rekenvaardigheden in verband met het metriek stelsel en de wetenschappelijke notatie (via machten van 10 of voorvoegsels) zijn permanent na te streven vaardigheden. Bovendien worden overal de benaderingsregels bij berekeningen en oefeningen met gemeten resultaten consequent toegepast in de loop van het jaar.


93


Een multimediale aanbreng van de leerstof is aan te bevelen dit wil zeggen dat naast het uitvoeren van demonstratieproeven het gebruik van transparanten, dia’s, video en computer is aanbevolen. In heel wat gevallen biedt het gebruik van de computer een meerwaarde, zoals het direct beschikbaar zijn van grafieken, het vlug kunnen veranderen van parameters.... Ongetwijfeld zullen leraars toegepaste fysica, die een computer met interfacekaart, meetpaneel en sensoren ter beschikking hebben, gebruik maken van dit handig meetapparaat om demonstratieproeven uit te voeren. Zo zijn er reeds heel wat didactische pakketten op de markt, zoals onder andere Inventa, IP Coach, Pasco, ... Het VVKSO biedt een aantal computerprogramma’s aan. Specifiek voor de leerlingen van de derde graad komt het experimenteerkader labsoft en eventueel enkele basisexperimenten hiervoor in aanmerking. In het vaklokaal kan de computer gebruikt worden om meetgegevens te registreren en/of in grafiek om te zetten en/of te verwerken. Bij de opstelling van het experiment moet de aandacht van de leerlingen gevestigd worden op de fysische aspecten van het experiment en niet op de registratie en de verwerking door de computer. Het is een middel om de invloed van de verschillende parameters op de meetresultaten aan te tonen en biedt een bijkomend middel tot onderzoekend leren. Proeven die met gewone middelen slechts kwalitatief uitgevoerd kunnen worden bieden met de computer vaak betere perspectieven. Als leraar fysica kunnen we het ons dus niet meer permitteren de ICT-vaardigheden aan ons te laten voorbijgaan. Naast de hierboven vermelde voordelen, gaat de computer meer en meer gebruikt worden voor leerlingenproeven, waardoor er tijd vrijkomt om zich te richten op het eigenlijke doel van leerlingenexperimenten en minder op het uitvoeren. Onderstaand tijdschema kan een hulp zijn bij het opstellen van het jaarplan:

EERSTE LEERJAAR

Aantal lesuren

1 Elektrodynamica ! Elektrische ladingen ! Basisbegrippen in verband met elektrische spanning ! Elektrische weerstand ! Schakelen van weerstanden ! Energie en vermogen ! Veiligheidsaspecten 2 Elektromagnetisme ! Permanente magneten ! Elektromagneten ! Elektromagnetische krachtwerking en toepassingen ! Elektromagnetische inductie en toepassingen


94

15 2 2 3 4 3 1 10 1 3 3 3


TWEEDE LEERJAAR

Aantal lesuren

3 Bewegingsleer ! Rust, beweging, relatieve beweging ! ERB ! Vrije val ! ECB 4 Krachtenleer ! Herhaling van de definitie van kracht ! De beginselen van Newton ! Herhaling van arbeid en vermogen ! Kinetische en potentiële energie (gravitatie- en elastische potentiële energie) 5 Trillingen en golven ! Harmonische trilling ! Lopende golven ! Toepassingen

4

8 1 2 3 2 5 1 2 1 1 12 3 5 4


De veelvuldige uitbreidingen zijn bedoeld voor die scholen waar een complementair uur fysica aangeboden wordt. In dat geval is het aanbevolen een minimum van drie leerlingenproeven te laten uitvoeren. EERSTE LEERJAAR 1

Leerlingenpractica (U)

2

Elektrodynamica

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 3 ! ! ! !

Elektrische lading Basisbegrippen in verband met elektrische stroom Elektrische weerstand Schakelen van weerstanden Energie en vermogen Veiligheidsaspecten EMS en klemspanning, inwendige weerstand van een bron (U) Schakelen van bronnen (U) Shunt en voorschakelweerstand (U) Condensatoren (U) Elektromagnetisme Permanente magneten Elektromagneten Elektromagnetische krachtwerking Elektromagnetisch inductieverschijnsel


95


TWEEDE LEERJAAR 4

Leerlingenpractica (U)

5

Bewegingsleer

! ! ! ! ! ! 6 ! ! ! ! ! ! !

Rust, beweging, relatieve beweging ERB Vrije val EVRB: formele behandeling (U) Samengestelde beweging: de horizontale worp (U) ECB Krachtenleer Herhaling van de definitie van kracht De beginselen van Newton Herhaling van arbeid en vermogen Kinetische (formule) en potentiële energie (gravitatie- en elastische potentiële energie) Gravitatie, zwaartekracht en gewicht (U) De centripetale kracht bij een ECB (U) Het moment van een kracht en evenwicht van draaibaar opgestelde lichamen (U)

7

Trillingen en golven

! ! ! ! ! ! !

Harmonische trillingen Lopende golven Eigenschappen van lopende golven Staande golven (U) Geluid Wisselstroom en wisselspanning (U) Elektromagnetische golven (U)


96


5


EERSTE LEERJAAR

5.1

Leerlingenpractica (U) LEERINHOUDEN

LEERPLANDOELSTELLINGEN ! ! ! ! !

Meettoestellen correct gebruiken. Accuraat waarnemen. De meetresultaten verwerken in een zorgvuldig verslag. Het verband leggen met de behandelde theorie. Relevante besluiten trekken.

Volgende proeven kunnen onder andere aan bod komen ! Bepaling van de wet van Ohm ! Onderzoek van serieen parallel schakeling van weerstanden ! Bepaling van de wet van Pouillet ! Onderzoek van het Joule-effect ! EMS en klemspanning, inwendige weerstand van een bron ! Temperatuursafhankelijkheid van weerstand ! Opladen en ontladen van een condensator Proeven, die niet vermeld zijn, maar ook aansluiten bij de leerinhouden, zijn vanzelfsprekend toegelaten


Bij leerlingenpractica is het gebruik van een instructieblad wenselijk. Dit omvat het doel van de proef, eventuele voorafgaande theoretische beschouwingen voor zover die al niet aan bod zijn gekomen in de les, de benodigdheden en een eventuele figuur van de opstelling, de werkwijze, eventueel een tabel voor het noteren van de resultaten van de metingen, verwerking, denkvragen en doe-opdrachten met ruimte voor de antwoorden, besluiten en/of bespreking. Het instructieblad kan variëren van een volledig gesloten opdracht naar een meer open opdracht. Dit maakt een gradatie in moeilijkheidsgraad mogelijk. Open opdrachten zullen pas ten volle renderen op het einde van de derde graad. Naast spanning en stroomsterkte is weerstand in de elektriciteit een belangrijk begrip. Om het onderscheid tussen spanning en stroom door de leerlingen zelf te laten ervaren is het nuttig experimenten te laten uitvoeren bij serieen parallelschakelingen van verbruikers (bij voorkeur met lampjes van bv. 6 V / 350 mA in plaats van met weerstanden). Laat de leerlingen bv. eens een voorspelling doen over de stroom door en de spanning over een weerstand in een open schakeling. Laat hen dan meten, zodat eventuele misopvattingen aan het licht komen en de leerlingen zelf het goede concept ontdekken. Het laten uitvoeren van de proef in verband met de wet van Ohm levert het formele verband tussen stroom, spanning en weerstand. De keuze van de aard van de geleider bij dit experiment is belangrijk.


97


Bv. constantaan, chroomnikkel, kantaal zijn geschikte legeringen. Bij deze geleiders is de verhouding tussen stroom en spanning constant. Enkel in dit geval spreken we van ohmse weerstand. Deze proef krijgt een meerwaarde indien we de I(U)-grafiek ook laten tekenen voor bijvoorbeeld een ijzerdraad of een gloeilamp (bv. 12 V). Zo ervaren leerlingen dat er ook niet-lineaire weerstanden bestaan. Men kan bovendien met een ohmmeter controleren dat de koude weerstand van de lamp niet overeenstemt met de waarde van de weerstand van een brandende lamp op volle spanning (via volt- en ampèremeter). Laat hierbij leerlingen zelf een besluit trekken over de nadelige gevolgen die deze weerstandsverandering heeft voor de levensduur van een gloeilamp die veelvuldig wordt aangestoken. In het kader van een zuinig omspringen met energie is het nameten van het rendement van een gloeilamp (12 V / 15 W - E14) zeker verantwoord. Het gebruik van de gloeilamp heeft naast een nuttige, gewenste taak (licht geven), eveneens een ongewenst effect (warmte-effect). Hierbij kan een verrijkende discussie ontstaan rond de oorzaken van het verschil tussen het gemeten rendement en de gegevens van de gloeilampenfabrikant. Wat het onderdeel elektriciteit betreft kunnen we verwijzen naar de leraarshandleiding vermeld in de bibliografie.

5.2

Elektrodynamica

5.2.1

Elektrische lading LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! !

LEERINHOUDEN

De elektrische krachtwerking beschrijven en toelichten. Het begrip ‘elektrische stroom‘ omschrijven. Een geleider en een isolator van elkaar onderscheiden.

Ladingen Verband met de atoomstructuur Elektrische stroom Geleiders en niet-geleiders


Men zal enkele wrijvingsproefjes uitvoeren en verklaren. Het is de bedoeling de elektrische stroom te zien als een verplaatsing van ladingen. Een elektrische stroom kan voorkomen in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Alleen de stroom in vaste stoffen zal verder behandeld worden. 5.2.2

Basisbegrippen in verband met de elektrische stroom LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! ! !

LEERINHOUDEN

De grootheden elektrische stroom en spanning omschrijven en hun eenheden hanteren. De conventionele stroomzin in een kring aanduiden. De stroom en de spanning in een elektrische stroomkring meten. Uitleggen waarom er geen stroom kan zijn zonder gesloten kring en zonder spanning.


98

Stroom, stroomsterkte Spanning, spanningsbron Conventionele stroomzin



Om zo concreet mogelijk de basisbegrippen in verband met een elektrische stroomkring aan te brengen gebruiken we bij voorkeur het vloeistof-stroommodel. Hierbij wordt spanning vergeleken met een hydrostatisch drukverschil. Zoals bij een gesloten vloeitstofkring een pomp nodig is die het drukverschil onderhoudt, is er in een elektrische kring een toestel nodig dat de nodige energie levert. Zo een toestel wordt bij voorkeur spanningsbron genoemd. Vanzelfsprekend voert men nadien met een elektrische stroomkring en een lampje als stroomsterkte-indicator enkele kwalitatieve waarnemingsproeven uit en leert men de conventionele stroomzin aanduiden. Nadien kan men met volt- en ampèremeter de stroom en de spanning leren meten. Als toepassing op de leefwereld kan de stroomkring bij een fiets, auto ... besproken worden. 5.2.3

Elektrische weerstand LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! !

LEERINHOUDEN

Het formeel verband tussen U en I bij een geleider omschrijven. De grootheid weerstand omschrijven en de eenheid gebruiken. De factoren die de weerstand van een geleider bepalen en hun relatie in een formule weergeven.

Wet van Ohm

Wet van Pouillet


De verhouding van de spanning over een schakelelement en de stroomsterkte erdoor, definieert men als weerstand van dit schakelelement. Bij een weerstand die voldoet aan de wet van Ohm is die verhouding constant. Trek er de aandacht op dat het woord weerstand dubbel gebruikt wordt namelijk als grootheid en als schakelelement van energie. 5.2.4

Schakelen van weerstanden LEERPLANDOELSTELLINGEN

! !

LEERINHOUDEN

Bij serieen parallelschakeling van weerstanden respectievelijk de spanning- en stroomwetten weergeven en toepassen op eenvoudige kringen. Het begrip vervangingsweerstand omschrijven en de vervangingsweerstand berekenen voor een serieen parallelschakeling.

Serie- en parallelschakeling Stroom- en spanningsregels Vervangingsweerstand


De stroom- en spanningswetten worden experimenteel afgeleid. Het is niet de bedoeling hier de wetten van Kirchhoff te gebruiken om stroom- en spanningsvergelijkingen op te stellen en op te lossen. De formules voor de vervangingsweerstand worden experimenteel geverifieerd.


99


5.2.5

Energie en vermogen van de elektrische stroom LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! ! !

LEERINHOUDEN

Het joule-effect toelichten. De energieomzetting van een elektrisch toestel uitrekenen. De kWh als eenheid van elektrische energie hanteren. Enkele praktische toepassingen in verband met warmteontwikkeling aangeven.

Elektrische energie, joule-effect Elektrisch vermogen

Toepassingen, zoals bv. gloeilamp, kookplaat, broodrooster ...


Een elektrisch toestel onttrekt elektrische energie aan een spanningsbron en zet deze energie om in een andere soort energie. Bestaat dat toestel uit draadweerstanden dan wordt de elektrische energie omgezet in warmte. Het tempo waarin dit gebeurt noemen we het vermogen dit wil zeggen de hoeveelheid energie die het toestel per seconde kan omzetten. Laat de leerlingen bijvoorbeeld uitrekenen hoeveel een avondje tv-kijken kost. 5.2.6

Gevaren en veiligheidsaspecten LEERINHOUDEN


De gevaren en enkele bijbehorende veiligheidsaspecten opsommen en toelichten.

Elektrocutie, aarding, verliesstroomschakelaar Overbelasting, kortsluiting, zekering


Een groot gevaar bij elektriciteit is elektrocutie van onder spanning staande delen, als bijvoorbeeld een geleider contact maakt met de metalen behuizing van een toestel. Remedies hiertegen zijn aarding en de verliesstroomschakelaar. Elektroshocks kunnen ook een positief effect hebben, zoals het gebruik van de defibrillator. Hierbij wordt het hart terug in het juist ritme gebracht bij fibrillatie. Een ander gevaar treedt op bij overbelasting, waardoor kortsluiting en eventueel brand kan ontstaan. 5.2.7

EMS, klemspanning, inwendige weerstand van een bron (U) LEERPLANDOELSTELLINGEN

! !

LEERINHOUDEN

Het verschil tussen elektromotorische spanning (EMS) en klemspanning omschrijven. De kleinere waarde van de klemspanning bij stijgende belasting met betrekking tot de inwendige weerstand van de bron verklaren.


100

EMS en klemspanning Inwendige weerstand van een bron



Omwille van de constante inwendige weerstand gebruikt men hierbij een batterij. Na vaststelling van klemspanning en EMS, verkleint men de belastingsweerstand. In een U(I)-grafiek verkrijgen we een dalende rechte. Zetten we U-U0 uit tegenover I, dan verkrijgen we een rechte door de oorsprong. De richtingscoëfficiënt van deze rechte is de inwendige weerstand van de bron. 5.2.8

Schakelen van bronnen LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! !

LEERINHOUDEN

De bedoeling van een serieen een parallelschakeling van bronnen toelichten. De EMS en de inwendige weerstand berekenen bij een serie-, parallel- en gemengde schakeling van bronnen. Een aantal toepassingen van het schakelen van bronnen omschrijven.

Schakelen van bronnen ! in serie ! in parallel ! gemengde schakelingen Toepassingen


Een platte batterij is bijvoorbeeld een serieschakeling van 3 Leclanché-elementen (C-Zn) van 1,5 V. Een 12 V batterij bij een personenwagen bestaat uit een serieschakeling van 6 parallelschakelingen van loodaccu’s (2 V). 5.2.9

Shunt en voorschakelweerstand (U) LEERPLANDOELSTELLINGEN

!

!

LEERINHOUDEN

Het gebruik van een shunt en een voorschakelweerstand omschrijven en toelichten hoe dit gebeurt aan de hand van het schakelschema. De waarde van een shunt en een voorschakelweerstand berekenen in een concreet geval.

Shunt Voorschakelweerstand


Als je met eenzelfde toestel zowel stroom als spanning en met uiteenlopende bereiken kunt meten door middel van een draaiknop betekent dit dat daar een eenvoudige ingreep moet aan ten grondslag liggen: door een weerstand in serie of in parallel bij te schakelen. Wijs er de leerlingen op dat “to shunt” omleiden betekent.


101


5.2.10

Condensatoren (U) LEERINHOUDEN

LEERPLANDOELSTELLINGEN ! ! ! ! ! !

Het condensatieverschijnsel bij ladingen toelichten. De verschijningsvorm van enkele condensatortypen herkennen. Het spanningsverloop bij het laden en het ontladen van een condensator weergeven. De formule en eenheid van de grootheid capaciteit weergeven en gebruiken in de praktijk. Het begrip ‘tijdsconstante’ toelichten en toepassen. De formules voor het berekenen van de vervangingscapaciteit van een serie of parallelschakeling van condensatoren weergeven en toepassen. De formule voor de capaciteit van een vlakke condensator weergeven.

Het condensatieverschijnsel bij ladingen Bouw en soorten condensatoren Laden en ontladen van condensatoren Capaciteit van een condensator en eenheid Het begrip tijdsconstante bij een RCkring Vervangingscapaciteit voor de serieen parallelschakeling van condensatoren De vlakke condensator: permittiviteit


Het condensatieverschijnsel van ladingen kan experimenteel aangetoond worden met een daartoe aangepaste elektroscoop (vlak bovenstuk). Met behulp van het computerprogramma ‘Condens’ kunnen alle verdere items in verband met condensatoren langs experimentele weg en op een aanschouwelijke manier (m.b.v grafieken) worden behandeld.

5.3 5.3.1

Elektromagnetisme Permanente magneten LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! !

LEERINHOUDEN

De kenmerken van een magneet omschrijven. De magnetische veldlijnen bij een staaf- en hoefijzermagneet tekenen. Enkele toepassingen van permanente magneten opnoemen.

Permanente magneten: ! soorten; ! magneetpolen en krachtwerking Magnetisch veld en veldlijnen Toepassingen van permanente magneten


De studie van de permanente magneten is geen studieobject op zich maar is opgenomen in de leerinhouden in functie van de verschijnselen die zich voordoen in het elektromagnetisme. Belangrijk hier zijn het veldbegrip en de afspraak in verband met de zin van de veldlijnen.


102


5.3.2

Elektromagneten LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Door gebruik van vuistregels de vorm en de zin van de magnetische veldlijnen rond een stroomvoerende draad, een winding en een solenoïde bepalen.

!

De oorsprong van het magnetisme van de materie verklaren en het magnetiseren en demagnetiseren ermee in verband kunnen brengen. Enkele praktische toepassingen van elektromagnetisme verklaren.

Elektromagnetisch veld: vorm en zin van de veldlijnen ! bij een stroomvoerende draad ! bij een stroomvoerende winding ! in een stroomvoerende solenoïde Verklaring van het magnetisme van de materie

!

Toepassingen van elektromagneten


Via proefjes kan je de vuistregels voor vorm en zin van het magnetisch veld illustreren. Uit de overeenstemmende velden van een permanente staafmagneet en een solenoïde (eventueel met weekijzeren kern) kan men besluiten dat binnenin de materie eveneens “kringstromen” moeten voorkomen die verantwoordelijk zijn voor het magnetisch gedrag van de materie. Het is niet de bedoeling de formules voor de grootte van veldsterkte bij de verschillende stroomvoerende geleiders af te leiden en te behandelen. Voorbeelden van toepassingen zijn de bel, de relais, de luidspreker ... 5.3.3

Elektromagnetische krachtwerking LEERINHOUDEN

LEERPLANDOELSTELLINGEN ! !

! !

De formule van magnetische inductie weergeven steunend op elektromagnetische krachtwerking. De formule voor de grootte van de Lorentzkracht weergeven en toepassen. De richting en zin met betrekking van een vuistregel bepalen. Het werkingsprincipe van enkele technische toestellen door middel van de Lorentzkracht verklaren. De formule voor en de richting en zin van de krachtwerking van een magneetveld op een vrije lading toelichten. (U)

De Lorentzkracht: krachtwerking op een bewegende lading en op een stroomvoerende geleider De magnetische inductie

Praktische toepassingen op de Lorentzkracht, bv. de gelijkstroommotor Magnetische krachtwerking op een vrije lading (U)


De waarde van de magnetische inductie geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. Daarom hoeft men de veldsterkte H niet te definiëren. De definitie van de magnetische inductie B wordt afgeleid uit de formule van de Lorentzkracht FL = B.I.L.


103


Als toepassing van de magnetische krachtwerking kunnen onder meer de werking van de elektrische motor, draaispoel-ampèremeter, de Hall-sonde en eventueel de afbuiging van de elektronenstroom in een oscilloscoop behandeld worden. In dat geval moet dan voordien de formule F = B.Q.v afgeleid worden. 5.3.4

! ! ! ! ! ! ! _

Het elektromagnetisch inductieverschijnsel LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

Het begrip magnetische flux omschrijven. Fluxverandering als oorzaak van inductiespanning toelichten. Met behulp van de wet van Lenz de zin van de inductiespanning vinden. De algemene inductiewet (formule) weergeven. Het werkingsprincipe van een generator uitleggen. Het zelfinductieverschijnsel verklaren. (U) Voor een spoel de formules voor zelfinductiecoëfficiënt en zelfinductiespanning weergeven en toepassen. (U) De bedoeling van een transformator omschrijven en zijn functie bij het transport van elektrische energie toelichten. (U)

Magnetische flux Fluxverandering als oorzaak van spanning Wet van Lenz Algemene inductiewet Toepassing: de generator Zelfinductieverschijnsel en zelfductiecoëfficiënt (U) Transformator en energietransport (U)


De flux is een maat voor het aantal veldlijnen door een oppervlak. Experimenteel wordt aangetoond dat een fluxverandering in een spoel, op welke wijze dit ook gebeurt een spanning doet ontstaan aan de uiteinden van die spoel. Men wijst er vooral op dat het de verandering is van het aantal veldlijnen die de inductiespanning doet ontstaan. Indien de kring gesloten is vloeit er een inductiestroom. Uit dit verschijnsel volgt de wet van Faraday-Lenz. De belangrijkste toepassing van het genereren van een spanning door een fluxverandering is de generator bijvoorbeeld de fietsdynamo. Merk op dat een dynamo, aangesloten op een wisselspanning van 6 V, kan gebruikt worden als illustratie van een wisselstroommotor.


104


TWEEDE LEERJAAR

5.4

Leerlingenpractica

(U) LEERINHOUDEN

LEERPLANDOELSTELLINGEN ! ! ! ! !

Meettoestellen correct gebruiken. Accuraat waarnemen. De meetresultaten verwerken in een zorgvuldig verslag. Het verband leggen met de behandelde theorie. Relevante besluiten trekken.

Volgende proeven kunnen onder andere aan bod komen. ! Beweging van een luchtbel in een vloeistofbuis ! De EVRB met v0 = 0 met betrekking van de tijdtikker (vrije val) ! De EVRB met v0 … 0 met betrekkng van de tijdtikker ! De horizontale worp met lanceerbuis en verticale registratie ! De horizontale worp met lanceerbuis en horizontale registratie ! Bepaling van de periode van een massa aan een veer ! Bepaling van de slingerformule ! Bepaling van de periode van een drijvend lichaam Proeven, die niet vermeld zijn, maar ook aansluiten bij de leerinhouden, zijn vanzelfsprekend toegelaten.


Bij leerlingenpractica is het gebruik van een instructieblad wenselijk. Dit omvat het doel van de proef, eventuele voorafgaande theoretische beschouwingen voor zover die al niet aan bod zijn gekomen in de les, de benodigdheden en een eventuele figuur van de opstelling, de werkwijze, eventueel een tabel voor het noteren van de resultaten van de metingen, verwerking, doe-opdrachten en denkvragen met ruimte voor de antwoorden, besluiten en/of bespreking. Bij een horizontale worp kan je de paraboolvorm van de baan experimenteel controleren door een stalen kogel door een gekromde PVC-buis horizontaal te lanceren. Registratie gebeurt via carbon op een verticale plaat. Als bij een vaststaande lanceerbuis, telkenmale je de verticale registratieplaat met bv. 5 cm naar achter schuift, je deze ook 5 cm opschuift in de richting daar loodrecht op, kan je de baan reconstrueren en controleren of y/x2 constant is. Bij horizontale registratie meet je via het inslagpunt de dracht (x) bij verschillende lanceerhoogtes (y). Je kan hier tevens de beginsnelheid bepalen. Bij de bepaling van de periode van een drijvend lichaam, kan je gebruik maken van de geschikte densimeters in bv. water, een zoutoplossing van 1,1 g/cm3 en een water/alcohol-mengsel van 0,9 g/cm3.


105


5.5

Bewegingsleer LEERINHOUDEN


De relativiteit van de beweging omschrijven.

Een eenparige beweging omschrijven en weergeven in een x(t)- en een v(t)diagram.

!

Rust en beweging. Relativiteit van de beweging.

Definitie van de ERB Definitie van de snelheid Grafieken

!

Aan de hand van een vrije val toelichten wanneer een versnelde beweging eenparig versneld is. De definitie van versnelling weergeven en gebruiken in concrete probleempjes. Een vrije val (EVRB met v0 = 0) weergeven in een x(t)-, v(t)- en a(t)-diagram.

De vrije val ! definitie van een EVRB met v0 = 0 ! definitie van de versnelling ! grafieken

! ! ! ! ! ! ! ! ! !

Toelichten wanneer we te maken hebben met (U) De EVRB met v0 … 0 een eenparig veranderlijke beweging. (U) ! versnelde en vertraagde beweging Een eenparig veranderlijk beweging weergeven ! grafieken in een x(t)-, v(t)- en a(t)-diagram. (U) Het onafhankelijkheidsbeginsel bij het samenstellen van bewegingen in concrete gevallen toelichten. (U) Concrete probleempjes omtrent de horizontale worp oplossen. (U)

Onafhankelijkheidsbeginsel bij het samenstellen van bewegingen (U) Samenstellen van 2 ERB (U) De horizontale worp (U)

De definitie van een ECB weergeven. Periode en frequentie in concrete gevallen gebruiken. Onderscheid tussen omtrek- en hoeksnelheid toelichten. Formules en verband tussen omtrek- en hoeksnelheid in concrete probleempjes gebruiken.

De ECB ! definitie ! periode en frequentie ! omtrek- en hoeksnelheid, verband

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WAARDE

De begrippen snelheid en versnelling worden experimenteel ingevoerd. Uit de aard van de diagrammen besluit men of het gaat om een ERB of een EVRB. Bij het maken van oefeningen beperken we ons tot eenvoudige rekenoefeningen. Daarnaast zal er zeker gebruik gemaakt worden van grafieken in de oefeningen. De formules van de valbeweging gelden alleen in het luchtledige, omdat er dan geen wrijving is.


106


5.6

Krachtenleer LEERINHOUDEN


De dynamische en statische werking van een kracht omschrijven.

Herhaling definitie kracht

!

Het eerste beginsel van Newton weergeven en in concrete problemen toepassen. De voorwaarde voor rust en ERB toelichten. Het tweede beginsel van Newton weergeven en toelichten. Een constante kracht als oorzaak voor een EVRB toelichten. Het derde beginsel van Newton weergeven en in concrete situaties toelichten.

Beginselen van Newton ! traagheidsbeginsel ! verband tussen F, m en a: F = m.a ! beginsel van actie en reactie Oorzaak van ERB en EVRB

! !

Definitie van arbeid en vermogen weergeven. Formule voor kinetische energie en elastische potentiële energie bewijzen.

Herhaling arbeid en vermogen Herhaling gravitatie potentiële energie Kinetische energie Elastische potentiële energie

! !

Gravitatiekracht omschrijven. (U) Gravitatie Zwaartekracht Zwaartekracht als een geval van gravitatiekracht toelichten. (U) Gewicht Definitie van gewicht weergeven en toepassen op gewichtloosheid. (U)

! ! ! !

! !

! ! !

Aantonen dat bij een ECB een kracht nodig is volgens de straal en naar het middelpunt van de cirkel toe, om het voorwerp op de cirkel te houden. (U) Formule voor de centripetale kracht weergeven en toepassen. (U)

Centripetale kracht bij een ECB ! functie ! formule ! toepassingen

Het moment van een kracht weergeven en Moment van kracht toelichten. (U) Momentenstelling Het evenwicht van een draaibaar opgesteld lichaam via de momentenstelling aantonen. (U) PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN

De leerlingen maakten reeds kennis met een deel van deze materie in de tweede graad. Dit deel moet niet wiskundig behandeld worden, noch moet de samenstelling van krachten bestudeerd worden. Het begrip kracht, reeds bestudeerd in de tweede graad, wordt kort herhaald met nadruk op haar statisch én dynamisch effect. Via diagrammen kan het verband tussen kracht, massa en versnelling aanschouwelijk weergegeven worden. Het principe van actie en reactie wordt door middel van eenvoudige voorbeelden toegelicht.


107


De relatie tussen kracht, verplaatsing en arbeid wordt gegeven in het geval kracht en verplaatsing een hoek maken. De oppervlakte onder de F(x)-grafiek is een maat voor de arbeid geleverd door die kracht. Bij de studie van de potentiële energie wordt de elastische- en gravitatie potentiële energie bestudeerd. Zowel bij de potentiële energie als bij de kinetische wordt de formule afgeleid. Voor het belang van de krachtarm bij het moment van een kracht, kan gewezen worden op het gevaar van het opheffen van een last met gekromde rug. Om rugklachten te vermijden tilt men het best met een rechte rug vanuit hurkstand. Met betrekking van de momentenstelling kan bijvoorbeeld de kracht uitgerekend worden, die de biceps moet uitoefenen om een bepaalde massa op te heffen. De massa van de voorarm wordt op 2,0 kg geschat en de biceps zit via een pees aan de voorarm vast op ongeveer 5,0 cm van het ellebooggewricht.

5.7 5.7.1

Trillingen en golven Harmonische trillingen LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! ! ! ! ! ! !

LEERINHOUDEN

De definitie van een harmonische trilling weergeven en toelichten. De betekenis van amplitude, pulsatie en beginfase, faseverschil omschrijven. Uit de grafische voorstelling de amplitude, de periode, de frequentie, de beginfase afleiden. Vanuit de vergelijking de grafiek construeren. (U) De snelheid en de versnelling afleiden en toelichten. (U) De kracht bij een harmonische trilling afleiden en toelichten. (U) De formule voor de periode afleiden en toelichten. (U) De energieomzettingen bij een harmonische trilling omschrijven. (U)

De harmonische trilling ! definitie ! vergelijking ! betekenis van A, ω en φ ! y(t)-diagram Constructie van het y(t)-diagram

(U)

Snelheid en versnelling

(U)

Elastische terugroepkracht

(U)

Formule voor de periode

(U)

Energieomzettingen

(U)


De harmonische trilling wordt ingevoerd via de projectie van een E.C.B. De betekenis van A, ω en φ wordt ingeoefend via de grafische voorstelling. Indien er geen complementair uur ingericht wordt, wordt de harmonische trilling heel beknopt behandeld met oog op het gebruik bij golven. Om de begrippen snelheid en versnelling te kunnen bepalen moeten we de definities uitbreiden. Dit kan want de leerlingen hebben reeds het begrip afgeleide behandeld in de lessen wiskunde van het vorig leerjaar. Uit de versnelling kan dan via het tweede beginsel van Newton de kracht afgeleid worden. Hieruit kan dan de formule voor de periode afgeleid worden. Dit onderdeel is ook ten zeerste geschikt om leerlingenpractica met eenvoudig materiaal uit te voeren.


108


5.7.2

Lopende golven LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! ! ! ! !

LEERINHOUDEN

Een golf als de voortplanting van een trilling omschrijven. De soorten golven onderbrengen in categorieën. Het begrip golflengte toelichten en het verband met de frequentie weergeven. De golfvergelijking weergeven en gebruiken in concrete gevallen. (U) De begrippen golffront en golfstraal beschrijven. De energie en de intensiteit bij een lopende golf toelichten.

Ontstaan van lopende golven Indeling lopende golven ! longitudinale/transversale ! mechanische/elektromagnetische Definitie golflengte De golfvergelijking van een 1dimensionale lopende golf Golffront en golfstraal

(U)

Energie en intensiteit


Hoewel heel mooie computersimulaties op de markt zijn, zijn een lang touw en een slinky-veer nog altijd zeer eenvoudige en doeltreffende middelen om het begrip golf in te voeren. Hoewel geluid later in detail zal besproken worden, kan het hier reeds verschillende keer als illustratie aan bod komen. Voor wat betreft energiebeschouwingen is de voortplanting van een golf op een wateroppervlak een interessant hulpmiddel. Bij de definitie van golflengte kan men er via v = λ.ƒ op wijzen dat voor een bepaalde middenstof golflengte en frequentie omgekeerd evenredig zijn met elkaar. Dit kan eveneens via een dik touw mooi geïllustreerd worden. Een sterk formele behandeling wordt ook hier afgeraden, om dan later voldoende aandacht te kunnen besteden aan de toepassingen bij geluid en elektromagnetische golven. 5.7.3

Eigenschappen van lopende golven LEERPLANDOELSTELLINGEN

! ! ! ! !

LEERINHOUDEN

Het beginsel van Huygens toelichten via tekeningen van de golffronten. De terugkaatsingswet toelichten. De brekingswet toelichten. Het verschijnsel buiging beschrijven en toelichten wanneer dit voorvalt. Het verschijnsel interferentie toelichten.

Beginsel van Huygens Terugkaatsing Breking Buiging Interferentie


Het is niet de bedoeling de terugkaatsingswet en de brekingswet vanuit het beginsel van Huygens te bewijzen. Wel kan men aantonen dat die wetten die de leerlingen kennen voor licht ook geldig zijn voor alle golven. Wijs bijvoorbeeld op een paraboolantenne voor radiogolven. De verschijnselen buiging en interferentie zijn nieuw. Interessant bij buiging is het verschillend gedrag van geluid en licht bij een deuropening. Hieruit kan de buigingsvoorwaarde duidelijk gemaakt worden.


109


Deze verklaart bv. waarom een lichtmicroscoop objecten kleiner dan de golflengte van het licht niet kan detecteren. Bij interferentie maakt men meestal gebruik van golven op een wateroppervlak. Interferentie bij licht komt eventueel later aan bod, indien men beschikt over een complementair uur. 5.7.4

! ! !

Staande golven LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

De terugkaatsing aan een vast en aan een vrij uiteinde toelichten. (U) Het verschijnsel staande golven beschrijven aan de hand van een staande golf op een touw. (U) De frequenties waarbij staande golven bij geluid voorkomen toelichten. (U)

Terugkaatsing aan een vast en aan een vrij uiteinde (U) Staande golven op een touw (U) Staande golven bij geluid in buis

(U)


Terugkaatsing aan een vrij uiteinde kan aangetoond worden door aan een dik touw een metalen ring te bevestigen en deze op een gespannen nylondraad (vissnoer) te schuiven. Een elegante methode om de opeenvolgende frequenties waarbij staande golven optreden op een gespannen touw of in een veer te onderzoeken is via de pc in combinatie met de vibratiegenerator. Geluid is hier zeker ook aangewezen. Zelfs een lange PVC-buis kan dienst doen (kwalitatief). Dit leerstofonderdeel is ten zeerste geschikt voor het uitvoeren van leerlingenpracticum (proef van Kundt en proef van Melde). 5.7.5

Geluid LEERINHOUDEN

LEERPLANDOELSTELLINGEN ! ! ! !

Het ontstaan van geluid toelichten. De voortplanting van geluid bij gassen, vloeistoffen en vaste stoffen beschrijven. De kenmerken van een toon en enkele toepassingen weergeven en omschrijven. Het dopplereffect en zijn toepassingen beschrijven.

Ontstaan van geluid Voortplanting van geluid door gassen, vloeistoffen en vaste stoffen Kenmerken van een toon ! toonhoogte ! toonsterkte (+ dB-schaal) (U) ! toonklank Dopplereffect en toepassingen (U)


Bij ultrasonen kan gewezen worden op het gebruik bij allerlei echografieën. Bij geluidsterkte (= intensiteit I) zal het geluidsniveau (dB) en kan het luidheidsniveau (foon) besproken. De isofoonkrommen van Fletcher kunnen hierbij besproken worden. Een toepassing van het dopplereffect vind je bij het meten van de stroomsnelheid van het bloed via reflectie van ultrasonen op de bloedplaatjes. De frequentieverschuiving van het gereflecteerde tegenover het uitgezonden signaal stelt de cardioloog in staat dit te doen. Als technische toepassing kan hier de "multanova" besproken worden. In deze context kan er ook gesproken worden over de roodverschuiving die astrofysici constateren bij de waarneming van sterren. Dit vormt een belangrijk argument voor de theorie van de uitdijing van het heelal.


110


5.7.6

Wisselspanning en wisselstroom (U) LEERINHOUDEN


Het opwekken van een sinusoïdale wisselspanning toelichten.

Ontstaan van wisselspanning

!

De effectiefwaarde bepalen met betrekking tot de amplitude en het nut ervan toelichten.

Ogenblikkelijke waarde, maximumwaarde, effectiefwaarde en hun verband

!

De begrippen fase, faseverschil, voor- en naijlen toelichten met betrekking van de grafiek en de fasorenvoorstelling.

Grafische voorstelling Voorstelling met fasoren Fase, faseverschil, voor- en naijlen

!

Faseverschil tussen stroom en spanning bij en- Enkelvoudige wisselstroomketens kelvoudige wisselstroomketens omschrijven. ! keten met ohmse weerstand De inductieve en de capacitieve reactantie ! keten met een (ideale) spoel: toelichten en berekenen in getallenvoorbeelden. faseverschil tussen spanning en stroom, inductieve reactantie ! keten met een condensator: faseverschil tussen spanning en stroom, capacitieve reactantie

!


Het ontstaan van een wisselstroom en een wisselspanning kan via een bewegende magneet bij een spoel aangetoond worden. Het faseverschil tussen stroom en spanning kan goed aangetoond worden via de fasorenvoorstelling. De grafieken kunnen experimenteel verkregen worden via het basisexperiment RLC dat hoort bij het programma Labsoft. Het is aangewezen het begrip reactantie voor te stellen als “wisselstroomweerstand”. 5.7.7

Elektromagnetische golven LEERPLANDOELSTELLINGEN

LEERINHOUDEN

!

Het ontstaan van licht via absorptie en spontane emissie toelichten.

Ontstaan van licht: absorptie en spontane emissie

!

De eigenschappen van licht met betrekking tot de frequentie en de fase toelichten.

Eigenschappen: frequentie (mono- en polychromatisch) en fase (coherent en incoherent licht)

!

Het ontstaan van laserlicht via gestimuleerde emissie omschrijven.

Gestimuleerde emissie: de laser


111


!

! !

Enkele andere elektromagnetische golven situeren in het elektromagnetisch spectrum en enkele belangrijke toepassingen opnoemen en beschrijven. Interferentie van licht aan twee spleten en aan een rooster beschrijven en hiermee de golflengte van het licht bepalen. Polarisatie van licht via polarisatiefilters en na terugkaatsing beschrijven.

Het elektromagnetisch spectrum en toepassingen Interferentie van licht Polarisatie bij licht


Bij de bespreking van het ontstaan van licht kan men oog hebben voor de verschillende soorten lichtbronnen (gloeilamp, gasontladingslamp en fluorescentielamp) en hierbij de eigenschappen frequentie en fase bespreken. Er zal zeker de nodige aandacht besteed worden aan het ontstaan van laserlicht (gestimuleerde emissie) van waaruit de heel speciale eigenschappen van het laserlicht kunnen besproken worden. Van daaruit kunnen dan enkele praktische toepassingen behandeld worden. Bij het elektromagnetisch spectrum kunnen telkens enkele van de belangrijkste eigenschappen en toepassingen aangehaald worden. Met betrekking tot een rooster kan via eenvoudige middelen het spectrum van een gloeilamp (continu spectrum) en een kwikdamplamp (diskreet spectrum) aangetoond worden en kan zelf de golflengte gemeten worden onder de vorm van een leerlingenpracticum. Tegenwoordig kan je voor het aantonen van interferentie aan een rooster gebruik maken van goedkope laserpointers. De polarisatie van licht kan aangetoond worden met behulp van twee polarisatiefilters. Interessant hierbij is dat het licht van een LCD-display lineair gepolariseerd is. Met bepaalde zonnebrillen kan dit ook waargenomen worden. Voor polarisatie bij terugkaatsing gebruikt men bij voorkeur een zwarte spiegel (zwarte vloerplint). Voor het aantonen van polarisatie door breking maakt men gebruik van een glazen blok bestaande uit verschillende lagen. 6

EVALUATIE

Het doel van de evaluatie is na te gaan in welke mate de leerlingen zowel de algemene vaardigheden als de leerplandoelstellingen hebben bereikt. De evaluatievragen moeten daarom in de eerste plaats op die doelstellingen gericht zijn. Dit kan gebeuren door permanente evaluatie en door formatieve en summatieve toetsen. Bij de evaluatie zal men zorgen voor voldoende afwisseling in vorm (kennis-, inzichts-, en toepassingsvragen). Bij meerkeuzetoetsen zal men eventueel een verklaring van het aangeduide antwoord vragen. Aangezien het experiment, werken met grafieken en omgaan met informatie belangrijk zijn, mag dit ook terug te vinden zijn in de evaluatie. Zorg voor de nodige afwisseling in korte en lange vragen en overdrijf niet in rekenvraagstukken, waarvan de oplossing via meerdere stappen bekomen wordt (kettingvragen). Een goede redenering volgend op een foutief cijferresultaat wordt ook nog positief gequoteerd. Met het algemeen gebruik van de computer, is het wat de lay-out van een proefwerk betreft, nog moeilijk aanvaardbaar, dat het aangeboden wordt onder vorm van een geschreven tekst. Streef eveneens naar een aanvaardbare en evenwichtige normering van de vragen. Werken met een vooraf opgesteld correctiemodel zal de objectiviteit en de betrouwbaarheid van de verbetering zeker in de hand werken.


112


7


7.1 ! !

Basisinfrastructuur Een aangepaste demonstratietafel met water- en energievoorziening en voldoende bergruimte. Retroprojector

7.2 ! ! ! ! !

Basismateriaal A-meter en V-meter en/of multimeter Elektrische componenten: schakelaars, weerstanden, weerstandsdraden, spoelen Regelbare spanningsbron voor gelijk- en wisselspanning Statiefmateriaal Snoeren

7.3

Specifiek materiaal

7.3.1

Leerlingenpracticum

De leerlingenpractica vermeld bij de leerinhouden vormen geen lijst van verplicht uit te voeren practica, maar laten de leraar toe die practica te kiezen, waarmee het best de doelstellingen kunnen gerealiseerd worden, rekening houdend met de materiële situatie in het lab. Er werd wel als eis gesteld dat de gekozen practica voldoende verspreid zijn over het geheel van de leerstof. Niet-vermelde practica, die aansluiten bij de leerstof, zijn vanzelfsprekend ook toegelaten. In die optiek kan de uitrusting van verschillende laboratoria nogal verschillen. Niettemin kunnen een aantal zaken toch als vanzelfsprekend beschouwd worden. Vermits de leerlingen in groepjes van 2 (max. 3) werken, zullen een aantal zaken in meervoud moeten aanwezig zijn. Voor de duurdere apparaten kan de leerkracht zich afhankelijk van de klasgrootte beperken tot 1 à 2 exemplaren, die dan gebruikt worden in een circuitpracticum. 7.3.2

Elektrodynamica

! !

Klein materiaal voor het aantonen van lading Materiaal voor het afleiden van: @ wet van Ohm @ wet van Pouillet @ stroom- en spanningswetten ! Materiaal om de veiligheidsaspecten te illustreren: bijvoorbeeld gewone en automatische zekeringen, verliesstroomschakelaar 7.3.3 ! !

Elektromagnetisme

Naald-, staaf- en U-vormige magneten, weekijzeren kernen Apparatuur voor het aantonen van het magnetisch veld bij een cirkelvormige geleider en een solenoïde


113


7.3.4 ! !

Glazen buis voor eenparige beweging van luchtbel Materiaal voor de valbeweging

7.3.5 ! !

8

Krachtenleer

Dynamometers Materiaal om de beginselen van Newton aan te tonen

7.3.6 ! ! ! !

Bewegingsleer

Trillingen en golven

Harmonische trilling: spiraalveer, bladveer Lopende golven: lange spiraalveer of touw of rubberen darm en slinky-veer Eigenschappen van lopende golven: rimpeltank met toebehoren Geluid: stemvorken met klankkasten BIBLIOGRAFIE

8.1 ! !

8.2 ! ! ! ! ! ! !

8.3

Schoolboeken Leraarshandleiding Werkgroep fysica 3, Van In, Lier, 1996, ISBN 90-306-2465-5 De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen

Uitgaven van Pedagogisch-didactische centra Eekhoutcentrum, KULAK, Universitaire Campus, 8500 Kortrijk Pedic, Coupure Rechts 314, 9000 Gent DINAC, Bonnefantenstraat 1, 3500 Hasselt Vliebergh-Sencieleergangen: Fysica, Naamsestraat 61, 3000 LeuvenSyllabi Navorming VVKSO, Integratie van de computer in de fysica Didactische infrastructuur voor het onderwijs in de natuurwetenschappen (VVKSO) Didactisch materiaal voor het onderwijs in de natuurwetenschappen (VVKSO)

Tijdschriften

Onder andere ! Exaktueel, Tijdschrift voor Natuurkundeonderwijs, Afdeling Didactiek Natuurkunde KUN, Toernooiveld 1, 6525 ED Nijmegem ! Archimedes, Stichting Christiaan Huygens, Molenstraat 3&, 4841 CA Prinsenbeek ! NVOX, Tijdschrift voor Natuurwetenschappen op school, Westerse Drift, 77, 9752 LC Haren ! VELEWE, Tijdschrift van de vereniging van leraars in de wetenschappen, Molenveldwijk 30, 3271 Zichem


114


8.4

Naslagwerken INAV, Informatie Natuurwetenschappen Vlaanderen, Uitgeverij Plantyn, Antwerpen Wetenschappelijk Vademecum, Uitgeverij Pelckmans, Kapellen

S S

8.5 ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

Internetsites http://www.natutechn.nl http://195.169.11.2/natwet/natkunde/na--best.htm http://www.phy.ntnu.edu.tw/java.sound/sound.html http://digischool.bart.nl http://aurora.crest.org/index.htm http://bewoner.dma.be/EDUCABBS/ http://www.vernier.con http://www.crocodile-clips/education/index.htm http://www.sip.be/dpb/secundair.asp http://www.physicon.ru/eng/demo.ltml


115


VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR ONDERWIJS LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS. BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN Derde graad TSO

Recommend Documents