NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE ONDERBOUW · chemie? Chemici, hoe staat het met jullie natuurkunde? ... leerlingen die naar 4 HAVO of 4 VWO gaan instappen op het niveau dat nodig is

NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE

ONDERBOUW

EEN CURSUS OVER VAK EN DIDACTIEK

VOOR FYSICI EN CHEMICI

VOORJAAR 2002

ROEL SCHEEPENS EN FRANS ARNOLD

NASK Opdracht I

Frans Arnold 01-09-2005 Pagina 1 4-1-01 Pagina 1

I. ORIENTATIE OP DE ONDERBOUW:

KERNDOELEN EN PRECONCEPTEN.

I -1. Kennismaking

Over de basisvorming is in de jaren voorafgaande aan de invoering in 1993 en ook daarna,

veel geschreven en gesproken. Er is ook een geschiedenis aan voorafgegaan, die teruggaat tot

de late jaren '60, al kort na de vorige grote verandering van het voortgezet onderwijs, die

terecht de naam Mammoetwet had gekregen.

Op grond van voorbeelden uit voornamelijk socialistisch georiënteerde landen, vooral

Zweden, streefden veel politici en onderwijsmensen de zogenaamde Middenschool na, waarin

kinderen uit alle lagen van de bevolking en van verschillende begaafdheden samen onderwijs

zouden genieten.

Het is slechts gekomen tot enkele experimenten, maar de idealen bleven. Controverses waren

er in de politiek zowel als in onderwijsland. Uiteindelijk is,(nadat gidsland Zweden de

middenschool al had vervangen) als compromis de Basisvorming tot stand gekomen.

Voor ons is nu van belang, dat er een nieuw vak Natuur- en scheikunde is gekomen, waarvan

de inhoud werd vastgelegd in de zogenaamde Kerndoelen.

Verder is belangrijk, dat zowel docenten natuurkunde als hun collegae met een bevoegdheid

voor scheikunde, dit nieuwe vak mogen geven. We moeten er in onze opleiding dus aandacht

aan besteden.

Die aandacht betreft verschillende facetten:

- Het eerste waaraan we denken is de vakinhoud; staan we genoeg boven de stof uit de

kerndoelen om het onderwijzen met vertrouwen tegemoet te zien? Fysici, kennen jullie je

chemie? Chemici, hoe staat het met jullie natuurkunde?

- Belangrijker is misschien nog wel de doelgroep; zijn we op de hoogte van de verschillen

tussen de leerlingen van 2 vwo en 2 mavo? Weten we hoe die leerlingen denken?

- Verder willen we kijken naar nieuwe middelen om leerlingen te activeren, te

interesseren en te laten zien waartoe ze in staat zijn. Dat vereist aandacht voor

werkvormen, media en toetsvormen. Ten dele komen deze zaken ook in blok 2 aan de

orde, maar de meer specifieke behandelen we hier.

Opdracht I-1: Raadpleeg de Internetpagina van het Ministerie van OCW: www.minocw.nl

Daar staan de wetten, de kerndoelen voor de basisvorming, de

bevoegdheidsregelingen, examenregelgeving en veel meer.

Lees ook de bijlage “Natuur- en scheikunde in de basisvorming, evaluatie van de

eerste vijf jaar”, over de evaluatie door de Inspectie.

I – 2. De Kerndoelen

De kerndoelen zijn als bijlage beschikbaar. Ze omvatten een algemeen deel, waarin de

beoogde bijdrage staat van het vak voor de algemene onderwijsdoelen en aan de

natuurwetenschappen in het algemeen, en zeven rubrieken uit de natuur- en scheikunde.

NASK Opdracht I


I – 2.1 Verkenning

Opdracht I-2.1: Kijk in de kerndoelen naar de onderwerpen uit het vak waarin je niet bent

afgestudeerd. Maak een overzicht met drie kolommen:

a. Snap ik goed en kan ik ook wel uitleggen.

b. Snap ik wel maar uitleggen is minder zeker.

c. Daarover moet ik eerst zelf nog leren.

Opdracht I-2.2: Stel dat jij aan jouw leerlingen na de BAVO zou vragen: "Wat is

scheikunde?"

Wat zou je dan willen horen?

En als je antwoord verwacht op de vraag: "Wat is natuurkunde?"

I – 2.2 Kerndoelen en Tweede Fase

De kerndoelen waren bedoeld voor alle leerlingen, ongeacht hun verdere traject. Maar kunnen

leerlingen die naar 4 HAVO of 4 VWO gaan instappen op het niveau dat nodig is om

vervolgens in 2 repect. 3 jaar examen te kunnen doen?

Het antwoord luidt: voor het VMBO is de stof uit de basisvorming wel genoeg. Voor VWO

en HAVO ligt de zaak anders.

Er is m.b.t. scheikunde duidelijk een gat: zowel kwalitatief als kwantitatief moet er na de

kerndoelen nog veel gebeuren. Dat wordt pijnlijk duidelijk als we het niveau van de boeken

voor de vierde klassen zien.

Voor de natuurkunde lijke alle essentiële onderwerpen aan bod te komen, maar kwalitatief

bieden de kerndoelen absoluut geen aansluiting.

Opdracht I-2.3: Wat mis je voor de natuurkunde in kwantiteit, wat in kwaliteit?

Opdracht I-2.4: Hoe zit dat voor scheikunde?

1 – 3. Vergelijking van lesmethoden NaSk voor de BAVO

De LIO's Natuurkunde en Scheikunde vormen de ideale vaksectie NaSk van een school. De

sectie heeft besloten alle aangeboden lesmethode voor het vak te bekijken om tot een keuze te

komen voor de komende vijf jaar. (Zo lang moet de methode namelijk in het boekenfonds

blijven.)

I – 3.1 De nu verkrijgbare methoden: (ontleend aan de NICL Overzichten 1999, uitgave SLO)

BANAS, basisvorming natuur- en scheikunde. Crommentuijn c.s., Educatief Uitgeverij.

DBK-NA, Natuur- en scheikunde. Vereniging DBK-Natuurwetenschappen, Malmberg.

DIREKT, Arens c.s., Wolters-Noordhoff.

INTERACTIEF, PLON-vereniging, Thieme.

NATUUR- EN SCHEIKUNDE OVERAL, Hogenbirk c.s., Educatieve Partners Nederland.

NASK Opdracht I


NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE BASISVORMING, BAVO-werkgroep, KUN.

NOVA: NATUUR-/SCHEIKUNDE VOOR DE BASISVORMING, Smits c.s., Malmberg.

NU VOOR STRAKS; NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR BASISVORMING (2e

Editie) , de Jonge c.s. Thieme/Visiria.

SCAN: NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE BASISVORMING, te Brinke c.s.,

Wolters-Noordhoff.

I-3.1: Hoe houd je bij wat er op de markt verschijnt?

I-3.2: Verdeel de werkzaamheden voorhet bestuderen van de methoden zo, dat ieder een

behapbare taak heeft, en er wel gedeelde deskundigheid ontstaat.

I-3.3: Bekijk gezamenlijk de onderstaande criteria op volledigheid;vul eventueel aan. Overleg

over het gewicht dat je aan elk van de criteria toekent.

Breng de gegevens onder in een tabel.

I – 3.2 Criteria.

1. Geldigheid.

- draagt de methode bij aan de algemene onderwijsdoelen voor de BAVO?

- voldoet de methode aan de kerndoelen voor de BAVO?

- wordt "het gat" naar 4 vwo en 4 havo gedicht?

- is het onderscheid tussen BAVO en aanvulling duidelijk?

2. Structuur van de stof.

- in welke volgorde wordt de leerstof behandeld? Is deze volgorde logisch?

- welke logoca kun jij zien? Wat vind je ervan?

- hoe worden de begrippen in het algemeen geïntroduceerd?

3. Relatie tussen experiment en theorie.

- worden experimenten gebruikt ter illustratie van eerder gegeven theorie/

- dienen experimenten en waarnemingen ter voorbereiding van de theorie?

4. Karakterisering van de onderwijsstrategie.

- wordt de leerstof overgedragen of worden leerlingen geleid om zelf te ontdekken?

- is er ruimte voor eigen inbreng van de leerlingen?

- zijn er uitgewerkte samenvattingen, of zijn er aanwijzingen om die te maken?

5. Rol van modellen.

- wordt een model gebruikt els een versimpelde weergave van de werkelijkheid, of

- wordt een model geconstrueerd naar aanleiding van waarnemingen?

- besteedt het boek expliciet aandacht aan het modelbegrip?

6. Doet de methode recht aan (de) verschillende interessen en behoeften van jongens en

meisjes? We kijken naar minstens twee aspecten. (Er mag meer)

- voorspel de verhouding tussen het aantal mannen en vrouwen op de illustraties van pag.

100 t/m 150. Klopt je voorspelling?

- welke rol hebben dingen en welke rol mensen?

NASK Opdracht I


7. De logistiek bij de methode: kun je ermee uit de voeten?

- hoe organiseer je de les?

- wat moeten de leerlingen per lesuur doen?

- zijn er genoeg oefeningen?

- zijn er genoeg practica?

- hoe controleer je de vorderingen?

- is er een docentenhandleiding?

- enzovoort.

8. Totaaloordeel.

- is het een fijn boek? Waarop berust jouw oordeel?

- waar zitten problemen? Wat zijn de problemen?

4. Hoe komt de uiteindelijke keuze tot stand?

I – 4. Preconcepten

I – 4.1 ACTIVITEITEN

1. kennismaken met leerlingdenkbeelden

2. leren wat het belang is van kennis daarover

3. leren hoe je daarover te weten komt

4. leren hoe je daarmee kunt omgaan.

Boven dit lijstje staat het woord ‘activiteiten’ en niet ‘doelen’. Als je zou willen formuleren in

termen van doelen, zou je zoiets moeten schrijven als: Een houding ontwikkelen waarbij op

basis van constructivistische denkbeelden over leren en onderwijzen naar leerlingen wordt

geluisterd en met hen gesproken.

Een opmerking over de opdrachten in dit hoofdstuk:

In dit hoofdstuk proberen we de opdrachten zo te formuleren, dat je kunt controleren of je de

informatie die wordt aangeboden productief gebruikt. Zie die opdrachten maar als een

hulpmiddel, en niet als een verplichting. Als je liever op een andere manier door de literatuur

gaat, is dat prima. Maar je moet via je product wel laten zien, wat je hebt geleerd. Dat zou

bijvoorbeeld kunnen door het schrijven van een verantwoording bij eigen lessen of een essay.

I – 4.2 EEN BESCHOUWING VOORAF

Het is verbazingwekkend dat het zo lang geduurd heeft voordat in het onderwijs

constructivistische denkbeelden terrein begonnen te winnen. En als we eerlijk zijn: in de

alledaagse praktijk in de klas komen ze nog niet optimaal aan bod. Toch weten we dat het

leren van kinderen en volwassenen in het alledaagse leven veel lijkt op de werking van een

tamelijk grofmazig visnet: van alle gebeurtenissen die we meemaken blijven er maar

betrekkelijk weinig hangen. Het meeste gaat aan ons voorbij en meestal slaat alleen aan wat

aansluit bij eerdere kennis of ervaring. Er zijn natuurlijk uitzonderingen: gebeurtenissen die

zoveel indruk maken dat ze apart staan ingeprent. Maar het merendeel moet gaan passen in

een netwerk dat langzaamaan groeit.

Schools leren verloopt als het goed is meer systematisch en daardoor gemiddeld sneller. Maar

ook daar is het invangen in of aanhechten aan bestaande kennis van belang.

Er is daarover sinds de jaren 60 veel onderzoek gedaan. Als je zelf bedenkt hoeveel van het

op school geleerde je bent vergeten en nagaat of datgene dat je wel hebt onthouden in een

NASK Opdracht I


kennisomgeving past, hoef je van dat onderzoek niet veel te lezen om overtuigd te raken.

Hoogstens haal je er dan interessante voorbeelden uit.

Waardoor wordt onderwijs op constructivistische basis gekenmerkt?

In de eerste plaats wordt altijd de nadruk gelegd op activiteit door de lerende. Het is heel

logisch dat in de nieuwe programma’s voor de Basisvorming en de Tweede Fase het leren en

gebruik van vaardigheden zo wordt benadrukt. Het geeft de leerlingen gereedschappen om te

leren, en we gaan er van uit dat ze dat ook zullen blijven doen als ze eenmaal bij ons weg zijn.

(Of dat ook zo is, moet nog worden onderzocht, meen ik. Zeker is, dat ze het niet zullen doen

als we de instrumenten niet meegeven.)

Wat je ook kunt opmerken is, dat het verblijf op school dragelijker wordt door niet alleen of

hoofdzakelijk cognitief bezig te zijn. Het is in dit verband goed te herinneren aan het

psychomotorische en het affectieve domein: doen in plaats van of samen mèt leren geeft

afwisseling en voldoening als je blijkt iets te kunnen. Ook zijn een geslaagd werkstuk, een

tekening, een presentatie veel tastbaarder dan zuivere kennis.

Maar het affectieve domein wordt nog effectiever benut als we de moeite nemen het terrein

van de leerlingen te betreden. Ik bedoel: als we de moeite nemen de leerlingen uit te dagen

hun denkbeelden onder woorden te brengen. Dat vinden ze vaak niet makkelijk: ze zijn zo

gewend dat ze iets mogen zeggen dat vervolgens vriendelijk wordt onderuitgehaald, dat alleen

de allerbraafsten of meest enthousiasten nog antwoord geven op onze vragen. Alleen door hun

denkbeelden te erkennen en er mee verder te werken komen leerlingen effectief aan hun

trekken.

Door dat te doen helpen we ze hun vaardigheden te ontwikkelen. en gelukkig kunnen we op

die manier ook werken aan hun kennisnetwerk.

I – 4.3 LEERLINGDENKBEELDEN, VOORBEELDEN EN KENMERKEN

Opdracht I-4.1: Bestudeer hoofdstuk 1 van “Children’s Ideas”

Opdracht I-4.2: Welke van de activiteiten genoemd onder I - 4.1 kwam je in deze

hoofdstukken tegen?

Opdracht I-4.3: Wat zou jij doen, als in een klas bij jou een leerling zou reageren als Tim op

pagina 1-2 van hoofdstuk 1?

Opdracht I-4.4: Probeer te verklaren hoe het mogelijk is dat leerlingdenkbeelden

vaak niet worden beïnvloed door behandeling van het betreffende

onderwerp in de klas.

Opdracht I-4.5: Op welke manier beïnvloedt het lezen van hoofdstuk 1 en jouw antwoord op

opdracht I-4.4 jouw manier van lesgeven over krachten in klas 2?

I - 4.4 LEERLINGDENKBEELDEN LEREN KENNEN

Er zijn verschillende manieren om leerlingdenkbeelden te achterhalen. In “Children’s Ideas”

komen aan de orde: luisteren naar leerlingen die proeven doen, gesprekjes met leerlingen

voeren, en tekeningen laten maken. In het voorbijgaan wordt nog genoemd het laten maken

van een brainmap (begrippenkaart). Voorbeelden daarvan zijn in de bundel in ruime mate

voorhanden.

Daarbij moet worden opgemerkt, dat het vaak niet meevalt met de genoemde middelen

informatie te verkrijgen. Je hebt meestal je handen te vol aan het begeleiden van een klas

experimenterende kinderen om ook nog denkbeelden op te pikken.

Gelukkig zijn er onderzoekers op het gebied van de vakdidactiek en de

ontwikkelingspsychologie, die heel bruikbare gegevens produceren. Er zijn meer boeken en

NASK Opdracht I


artikelen over het onderwerp. Daarnaast zijn er op internet plaatsen waar je veel aanvullende

informatie kunt vinden. Een heel mooie is www.chemsoc.org/pdf/LearnNet/rsc/miscon.pdf

Het betreft een overzichtsartikel van Vanessa Barker over leerlingdenkbeelden m.b.t.

scheikunde, maar doordat scheikunde een (heel mooi) hoekje van de natuurkunde is, zullen

ook fysici er veel van hun gading vinden.

Ook doe je er goed aan zelf van tijd tot tijd een actie te ondernemen.

Mogelijkheden:

• laat leerlingen proeven doen en verklaringen uittekenen. Tekeningen kun je veel sneller

overzien dan lappen tekst. Boverdien hebben de meeste leerlingen veel moeite met

formuleren. Je moet er haast bijstaan om te kunnen vragen wat ze met een verhaaltje

bedoelen.

• praat met een of enkele leerlingen terwijl ze proeven doen, of ook wel zo over een

concreet verschijnsel. Het is verstandig om een dergelijk gesprekje op te nemen, zodat je

er later rustig naar kunt luisteren. Op deze manier zijn de protocolletjes (uitgeschreven

fragmenten onderwijs) uit de bijlagen die je bestudeerde ontstaan. (Je moet er wel voor

zorgen dat tijdens zulke activiteiten de rest van de klas in goede handen is. Misschien is de

stage daarom wel heel geschikt. Je zou zo’n studie als onderwerp voor je leeronderzoek

kunnen nemen.)

• neem eens een onderwijsleergesprek op. Eigenlijk kun je daar later alleen conclusies aan

verbinden als je de moeite neemt fragmenten ervan uit te schrijven. Je luistert dan eerst

het hele gesprek uit, en schrijft dan stukken die je niet kunt duiden of niet meteen kunt

verstaan uit. Beperk je, want de praktijk wijst uit dat een enigszins geoefende protocollist

een dag nodig heeft om één lesuur uit te schrijven.

Een blijvend effect van deze oefeningen is, dat je erna ook in gewone onderwijssituaties beter

naar leerlingen kunt luisteren.

I - 4.5 MEER OVER TAAL EN TAALVORMING

In de beschouwing vooraf is summier geschreven over kenmerken van leren: het gaat steeds

om uitbreiding van een al bestaand begrippenkader, het toevoegen van elementen die niet

kunnen worden ingepast of aangehecht levert geen productieve of blijvende kennis.

Bijlage 6 is een hoofdstuk uit het boekje “Taal, school en kennis”, van Maria van der

Aalsvoort en Bart van der Leeuw, uitgegeven in 1992 door de SLO, Enschede. Voor deze

cursus is een aantal exemplaren beschikbaar.

Daarin wordt de rol van taal in schools leren nader bekeken. Duidelijk is te zien, dat het

boekje is geschreven vóór de periode waarin de term constructivisme is opgedoken.

Maar in feite gaat het daar wel over: overdracht van kennis zoals de leraar die heeft wordt

scherp tegenover vorming van kennis door de leerlingen zelf gesteld.

Opdracht I-4.6: Lees het hoofdstuk “Taal en leren op school”.

Opdracht I-4.7: Formuleer overeenkomst en/of verschillen tussen constructivisme en het

interpretatiemodel.

Opdracht I-4.8: Neem het voorbereidingsformulier en/of het verslag van drie door jou

gegeven lessen van de laatste tijd bij de hand. Hoeveel procent daarvan

verliep volgens het interpretatiemodel? Op grond waarvan kom je tot die

conclusie?

Opdracht I-4.9: Welke maatregelen ga je nemen om dat percentage te verhogen?

NASK Opdracht I


I - 4.6 SYNTHESE

Opdracht I-4.10: Voer een gesprek met een leerling of iemand uit jouw omgeving over een

onderwerp waarbij je preconcepten kunt vermoeden.

Bereid het voor door steekwoorden op te schrijven die met het onderwerp

verband houden. Neem het gesprek op. Luister uit, en schrijf verrassende

fragmenten uit.

Wat heb je ontdekt?

Opdracht I-4.11: Lees het laatste hoofdstuk, 10, van “Children’s Ideas”al eens door. Probeer

in je POP een plaats te vinden voor observaties over dit aspect. (Denk eraan

om van tijd tot tijd nog eens naar dit hoofdstuk te kijken.

Tot slot

Welke doelen kunnen jullie docenten naar jullie mening met deze opdrachten gehad hebben?

Kun je hierbij onderscheid maken tussen impliciete en expliciete doelen?

Wat kan volgens jullie het doel zijn van deze "tot slot" opdracht?

Bijlagen:

1. Natuur- en scheikunde in de basisvorming, Evaluatie van de eerste vijf jaar.

2. Kerndoelen Natuur- en scheikunde voor de basisvorming.

NASK Opdracht I


NASK Opdracht II

Roel Scheepens Pagina 1 01-09-2005 01-09-2005

II. DEELTJESMODELLEN IN DE ONDERBOUW

“De leerlingen kunnen wat betreft de bouw van stoffen:

-stoffen beschrijven in termen van moleculen en atomen;

-de fasen waarin een stof kan voorkomen beschrijven in termen van moleculen.”

(Basisvorming Nask, domein H)

Microcursus Deeltjesmodel door Dr. Wobbe de Vos.

Het kleinste deeltje van een stof is een bradito. Hoewel braditos erg klein zijn kun je

ze splitsen in nog kleinere deeltjes, in grabollen. Zelfs grabollen kunnen in nog

kleinere deeltjes gesplitst worden: halputten, knartepen en strouken. De knartepen

en strouken vormen de haltroop van een grabol.

halputten

Bradito grabollen

knartepen

haltroop

strouken

Alle stoffen zijn opgebouwd uit halputten, knartepen en strouken.

Halputten, knartepen en strouken heten de bouwstenen van een stof.

Een ander woord voor stof is labuuk.

NASK Opdracht II


II - 1. Je eigen deeltjesmodel

Opdracht II-1.1: Geef een korte samenvatting (in eigen woorden) van een molecuulmodel dat

je aan onderbouwleerlingen zou kunnen uitleggen.

Opdracht II-1.2: Teken in de drie vakjes een visuele impressie van de moleculen in ijs, water

en stoom. Besteed aandacht aan de onderlinge afstand tussen de moleculen

en suggereer de beweging van de moleculen.

Opdracht II-1.3: Vergelijk je model met dat van een mede LIO.

Opdracht II-1.4: Vraag elkaar waarom ieder het zo getekend heeft. Je moet na afloop kunnen

uitleggen waarom jouw partner bepaalde dingen anders heeft getekend dan

jijzelf.

Opdracht II-1.5: Bespreek dit in de hele groep.

vast

(ijs)

vloeibaar

(water)

gasvormig

(stoom)

NASK Opdracht II


II - 2. De verklarende kracht van deeltjesmodellen

Opdracht II-2: Noem bij elk één verschijnsel dat erdoor wordt verklaard.

Model Dit model is nodig om het volgende te

verklaren…

Materie is opgebouwd uit bolletjes; ze is niet

continu.

Tussen de harde bolletjes kun je denken dat er

veertjes zitten. De bolletjes stoten elkaar af als

ze te dichtbij komen (veertjes ingedrukt) en

trekken elkaar aan als ze verder uit elkaar

worden getrokken (veertjes uitgerekt).

Er kunnen extra elektrische krachten werken

tussen de deeltjes als deze b.v. de vorm

hebben van een elektrische dipool.

Temperatuur van de stof heeft te maken met

de beweging van de deeltjes.

Moleculen bestaan uit atomen.

Atoommodel van Dalton

Atoommodel van Bohr / Rutherford

Kwantummechanisch atoommodel

NASK Opdracht II


II - 3. Verklaar de waarnemingen

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

gebruikt.

Fenomeen Verklaring (wat voor deeltjesmodel?)

Koper geleidt elektriciteit.

Sommige stoffen lossen wel

op in water maar andere

niet.

Sommige vaste stoffen zijn

hard (b.v. diamant) en

andere zacht (b.v. natrium).

Methaan heeft een lager

kookpunt dan butaan.

Metalen geleiden warmte

veel beter dan niet-metalen

zoals glas of PVC.

Gasdruk is evenredig met de

absolute temperatuur.

Verdamping doet de

temperatuur van een

vloeistof dalen.

Ammonia diffundeert

sneller dan zoutzuur.

NASK Opdracht II


II - 4. Bestaan de volgende fasen?

Opdracht II-4.1: Vul in.

Mogelijk bestaande fase Commentaar

Vloeibare kurk

gasvormig keukenzout

vloeibare suiker

vast helium

vloeibare diamant

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

NASK Opdracht II


II - 5. Beschrijf de fasen waarin de volgende mengsels zich

bevinden:

Opdracht II-5.1: Vul jouw beschrijvingen in.

mengsel beschrijving van de fase(n) en de structuur

Tandpasta

een mistvlaag

een stuk

piepschuim

opgeklopte

slagroom

je ooglens

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

lesmethode behandeld?

NASK Opdracht II


II - 6. Proeven over moleculen.

Opdracht II-6.1: Beantwoord voor ieder van de volgende proeven de volgende vragen:

• In welk opzicht vind jij dit een overtuigende proef?

• Wat doe je hiermee in de onderbouw?

Proef / bewijsmateriaal Commentaar

Stapsgewijze verdunning van

kaliumpermanganaat, om te laten zien dat er

heel veel moleculen in één korrel moeten

zitten.

De oliezuurproef, om de dikte van de

moleculen te bepalen.

Opnames met de STM (Scanning Tunneling

Microscope) van oppervlakken van vaste

stoffen, om aan te tonen dat materie uit

atomen bestaat.

De Brownse beweging van colloïdale deeltjes

in lucht of in water, om aan te tonen dat de

lucht of het water vol onzichtbare kleine

deeltjes zit die in voortdurende beweging zijn.

Een scheutje inkt aan heet water en aan koud

water toevoegen, om aan te tonen dat de

moleculen bij hogere temperatuur sneller

bewegen.

Opdracht II-6.2: Wat zou jij in de onderbouw aanvoeren als bewijs voor de stelling dat alle

materie opgebouwd is uit kleinste deeltjes?

NASK Opdracht II


II – 7. Vragen bij gebeurtenissen in lessen, leerlingdenkbeelden

Opdracht II-7.1: Bestudeer van “Children’s Ideas”hoofdstuk 7. Hebben de resultaten van

deze studies volgens jou ook invloed op de andere fasen waarin de materie

voorkomt? Zo ja, welke?

Opdracht II-7.2: Wat is er nou precies mis met uitspraken als "roestmoleculen zijn bruin",

"watermoleculen zijn kleurloos" en "watermoleculen bevriezen bij 0 0C"

zoals opgetekend uit de mond van leerlingen?Antwoord in één alinea.

Opdracht II-7.3: Je krijgt één alinea om leerlingen het onderscheid duidelijk te maken tussen

en 'echt' deeltjesmodel en het brokjesmodel dat vaak in leerboeken

voorkomt. Succes!

Opdracht II-7.4: Geef een schriftelijke definitie van het begrip 'molecuul'. Vergelijk jouw

definitie met die van je mede-LIO's.

II - 8. Analyseer een lesmethode voor de onderbouw.

Er bestaan bij docenten en bij auteurs van leerboeken verschillende opvattingen over het

gebruik van deeltjesmodellen. Grofweg gezegd zijn er drie mogelijkheden:

A. Doe zo min mogelijk aan deeltjesmodellen in de onderbouw en beperk je zoveel

mogelijk tot de waarneembare fenomenen.

B. Doe eerst de experimenten en bied dan (liefst in interactie met de leerlingen) een

deeltjesmodel aan als verklaring voor de waarnemingen.

C. Poneer een deeltjesmodel en laat zien hoe dit toegepast kan worden op de

verschijnselen. Behandel de experimenten na de theorie.

Opdracht II-8.1: Beschrijf de voor- en nadelen die je aan elk van deze opvattingen ziet. Waar

gaat je eigen voorkeur naar uit, en waarom?

Opdracht II-8.2: Bekijk in je eigen lesmethode voor de onderbouw het hoofdstuk waarin

moleculen ten tonele worden gevoerd. Het is mogelijk dat het onderwerp

zowel in de 2e als in de 3

e klas wordt behandeld; in dat geval is het

interessant om deze hoofdstukken met elkaar te vergelijken. Is het boek in te

delen bij een van de categorieën A, B of C van hierboven?

Opdracht II-8.3: Wat valt je verder op bij bestudering van de tekst?

Regelmatig worden overstappen gemaakt van het ene model naar het andere. Of wordt het

deeltjesmodel plotseling uitgebreid met nieuwe modelregels. Soms wordt dat niet expliciet

gemaakt, of wordt zelfs niet onderkend dat het om verschillende modellen of om nieuwe

modelregels gaat.

NASK Opdracht II


Opdracht II-8.5: Zoek één voorbeeld in “jouw” lesmethode waarbij zo’n overstap wordt

gemaakt en lever suggesties voor verbetering. Let daarbij ook op plaatjes in

de marge, en noteer dat het woord marge hier dubbelzinnig is.

De werkgroep “Theorie uit Experimenten” stelt de behandeling van deeltjesmodellen uit tot

de vierde klas. Als bijlage II-1 tref je de eerste kennismaking aan. (P 12A1-7)

Opdracht II-8.5: Bestudeer deze tekst. Vragen? Commentaar?

II - 9. Reflectie.

Opdracht II-9.1: Kijk nu terug op je werk. Wat heb je van deze opdrachtenreeks

“deeltjesmodellen” geleerd? Zijn er aspecten waarover je anders bent gaan

denken? Hebben de grabollen en de knarputten (zie vooraan) nu nog dezelfde

betekenis?

Opdracht II-9.2: Besluit tot één aanpassing van je eigen onderwijs in de onderbouw als

gevolg van deze opdrachtenreeks. Beschrijf deze aanpassing, en vermeld ook

wanneer je deze denkt uit te gaan voeren.

Opdracht II-9.3: Lever commentaar op de volgende stelling:

“Het is vakinhoudelijk onjuist, vakdidactisch een blunder en pedagogisch niet verantwoord

om kinderen te confronteren met modelmatig denken, wanneer er door de docent modellen

ten tonele worden gevoerd die hoger staan in de hiërarchie dan nodig is voor het betreffende

verschijnsel.”

NASK Opdracht II


NASK Opdracht III

Frans Arnold/Roel Scheepens Pagina 1 01-09-2005

III. MECHANICA, GASSEN

III – 1. De opzet

Over mechanica in de onderbouw gaan Domein G van de kerndoelen en een of enkele

hoofdstukken van “jouw” schoolboek. In de behandeling betrekken we hier ook enkele andere

onderwerpen dan alleen de mechanica van het dagelijkse leven. Merk bijvoorbeeld op dat

gassen als zodanig in de kerndoelen niet aan bod komen. (Denk nog eens aan het feit dat de

natuurkunde van de basisvorming vooral in kwalitatief opzicht te kort schiet. Hier kunnen we

voor verbetering een solide basis leggen.)

III – 2. Mechanica op straat

Opdracht III-2.1 : Oriënteer je op het onderwerp mechanica in de methode die op jouw

stageschool wordt gebruikt.. Noteer daarbij behalve vragen ter discussie

ook welke zaken je later zeker wilt gebruiken.

Opdracht III-2.2: Vaak is bij mechanica-proeven de tijdtikker gebruikt. Wat zou je moeten

doen om hiervoor een PC in te schakelen?

III – 3. Leerlingdenkbeelden

Opdracht III-3.1: Bestudeer de hoofdstukken 5 en 9 van “Children’s Ideas”.

Opdracht III-3.2: Probeer te verklaren hoe het mogelijk is dat leerlingdenkbeelden over

krachten vaak niet worden beïnvloed door behandeling van het

betreffende onderwerp in de klas.

Opdracht III-3.3: Op welke manier beïnvloedt het lezen van hoofdstuk 5 en jouw antwoord op

de vorige opdracht jouw manier van lesgeven over krachten in klas 2?

In hoofdstuk 6 van hetzelfde boek komen gassen aan de orde. Het onderwerp is van belang

voor de lessen in natuurkunde en in scheikunde.

Opdracht III-3.4: Bestudeer hoofdstuk 6.

Onderzoek dat ikzelf deed bij leerlingen van 3 vwo en 3 havo wees uit, dat veel van deze

leerlingen aan lucht geen concrete eigenschappen toekennen. Ze gaan er van uit, dat lucht

niets is. Alleen als ze in situaties worden gebracht als beschreven in dit hoofdstuk, proberen

ze mee te redeneren. Je zou misschien kunnen zeggen dat lucht alleen iets is voor leerlingen

als ze er niet omheen kunnen.

Opdracht III- 3.5: Ga na of je de “principal difficulties” (1) en (2) van pag 114 met deze

veronderstelling kunt verklaren.

NASK Opdracht III


III – 4. Wat weet je zelf? Hoe breng je het?

III-4.1 BEGRIPSTEST KRACHT EN BEWEGING

1. Een auto rijdt met constante snelheid over een cirkelvormig parcours. Teken alle

krachten die op de auto werken.

2. Een houten balk met een homogene massaverdeling staat schuin tegen een 100%

gladde muur aan. De balk is in evenwicht. Wijst de reactiekracht die de vloer op de

balk uitoefent

a. Steiler omhoog dan de balk;

b. Langs de balk;

c. Minder steil omhoog dan de balk?

Verklaar je antwoord.

?

?

?

NASK Opdracht III


3. In de volgende situatie gaat het om drie identieke ballen, scheef omhoog geworpen, die op

een bepaald tijdstip gelijke hoogte hebben, maar verschillende snelheden. De

luchtweerstand mag verwaarloosd worden. Zijn de krachten op de drie ballen op dit

gegeven moment aan elkaar gelijk, of niet?

4. Drie identieke massa's trillen aan drie identieke veren op en neer, maar met

verschillende amplitude. Op een gegeven moment zijn de hoogten gelijk, maar de

snelheden verschillend. Wrijvingseffecten mogen weer verwaarloosd worden. Zijn de

krachten op de drie massa's gelijk of niet?

grote snelheid

naar beneden

kleine snelheid

naar boven

snelheid = 0

NASK Opdracht III


5. Spankracht

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

Hoe groot is de spankracht in het verbindende touw? Verwaarloos de wrijving

in de katrollen en de massa van het touw zelf.

6. Takel

Je hebt een touw om je middel gebonden en over een katrol

gegooid. Door aan het andere uiteinde te trekken kun je jezelf

optakelen. Kost dit meer, minder, of evenveel kracht als

rechtstreeks een touw in klimmen?

20 N 20 N

krachtmeter

NASK Opdracht III


III-4.2 SUGGESTIES

“Gas oefent een druk uit op de wand” is eigenlijk fout. Druk is een scalar, geen vector. Beter

is: “Gas oefent een kracht uit op de wand doordat er in het gas een druk heerst.” De netto

kracht op een wand is gerelateerd aan het drukverschil tussen binnen en buiten (een scalar) en

het oppervlak (een vector):

A

pF

!=

Traagheid Massa is intuïtief de ‘hoeveelheid spul’. Zwaarte is intuitiever dan traagheid.

Met de positiesensor leerlingen grafieken na laten lopen van instantane

snelheidsveranderingen: onmogelijk. Waarom?

Karretjes met verschillende massa van een helling laten rollen. Wat is het effect van massa?

(antwoord: geen.) Leerlingen komen met ad hoc verklaringen: “die grote massa kan wel een

grotere eindsnelheid bereiken maar komt moeizamer op gang.” Nieuw experiment over alleen

het beginstuk: weer geen verschil. Uiteindelijk schuiven de verklaringen over elkaar heen: er

zijn twee tendensen die tegelijk werken en elkaar opheffen. Enerzijds trekt de aarde met een

kracht evenredig aan de massa, anderzijds neemt de traagheid ook evenredig met de massa

toe.

Massa is traag.

Massa heeft “effe tijd” nodig.

Massa heeft “F t” nodig voor een snelheidsverandering.

tFvm !"=!"

Traagheid moet duidelijk worden onderscheiden van zwaarte, en dit kan het beste als we ons

naar een toestand van gewichtloosheid verplaatsen. Hoe wegen de astronauten zichzelf aan

boord? De weegschaal geeft niets aan! Maar de traagheid van massa is er nog wel, en kan wel

gebruikt worden om de massa te bepalen.

NASK Opdracht III


NASK Opdracht IV

Roel Scheepens Pagina 1 01-09-2005

IV. GELUIDEN HOREN EN MAKEN

IV – 1. Voorbereiding

IV – 1.1. Lees de kerndoelen over geluid nog eens door. Noteer in elk geval dat termen als

amplitude, geluidssterkte, decibel, resonantie, golflengte, golfsnelheid,

faseverschillen en gereduceerde fase er niet in voorkomen. Hoeveel stof komt er

nog bij vóór 4 vwo?

IV – 1.2. Maak een schema van 'de belangrijkste begrippen uit het onderwerp geluid'.

Vergelijk het eens met de kerndoelen.

IV – 1.3. Je kunt horen dat er in de kamer naast je geluid wordt gemaakt. Alle deuren zijn

dicht en er zijn geen gaten in de muur. Leg uit hoe het toch mogelijk is dat het

geluid van de ene naar de andere kamer kan gaan.

IV – 1.4. Is ieder geluid dat je kunt waarnemen een trilling? Ook een pistoolschot, een knip

met de vingers, een tik op tafel? Licht je antwoord toe. Verdedig je antwoord tijdens

een groepsdiscussie.

IV – 1.5. Meet de geluidssnelheid met behulp van een computerpakket zoals Coach 5 of

Science Workshop. Schrijf hierover een kort verslag van ongeveer een halve

bladzijde.

IV – 1.6. Meet de geluidssnelheid met behulp van een oscilloscoop, een luidspreker en een

microfoon. Schrijf hierover een kort verslag van ongeveer een halve bladzijde.

IV – 1.7. Meet de geluidssnelheid in een medium ander dan lucht. Kies zelf een medium en

een meetopstelling. Schrijf een volledig verslag van je experiment.

IV – 1.8. Coach 5 of Science Workshop bieden de mogelijkheid om geluidssignalen op te

nemen en daarop direct een Fourieranalyse los te laten. Maak jezelf eerst vertrouwd

met deze functionaliteit - probeer het eens. Bedenk daarna een vraagstelling die je

door leerlingen productief zou kunnen laten onderzoeken met behulp van deze vorm

van signaalanalyse.

IV – 1.9. Maak je eigen luidspreker van een A4 blad en 5 m koperdraad (geïsoleerd). Sluit

voor de veiligheid een lampje van een paar Ohm in serie met de luidspreker voordat

je hem op de versterker aansluit. Dit voorkomt onverhoopt opblazen van de

versterker.

IV – 1.10.Op de middelbare school worden vorm en functie van het oor nergens meer

voorgeschreven: noch bij nask, noch bij biologie. Ook niet in de tweede fase.

Desalniettemin is het vreemd om les te geven over het geluid zonder kennis te

hebben van het menselijk oor. Zoek antwoorden op de volgende vragen:

i. Waarom is ons oor het gevoeligst tussen de 2-5 kHz?

ii. Wat is het nut van het middenoor?

NASK Opdracht IV


IV – 1.11.Plan één of meer lessen om het eerste kerndoel te bereiken, namelijk het produceren

van geluid uitleggen in termen van trillingen. De kunst is om zoveel mogelijk

verschillende leerstijlen tot hun recht te laten komen. Geef aan hoe je aan de

verschillende leerstijlen tegemoet komt in je keuze van activiteiten en werkvormen.

Je product zet je op een poster en presenteer je aan je mede-studenten.

IV – 2. Practicum met Coach 5

Voorbereiding

Sluit de CoachLab II interface aan op de COM 2 poort en start het programma.

Iets meten wat met het blote oor niet waarneembaar is: de geluidssnelheid.

Sluit twee geluidssensoren aan en plaats deze zover mogelijk uit elkaar, op een aantal meters

afstand. Klik op MEETINSTELLING en kies voor een tijdsduur van 10 milliseconden, en een of

andere triggervoorwaarde (probeer uit wat werkt).

Maak een DIAGRAM met

C1: klok

C2: geluidssensor 1

C3: geluidssensor 2

Zet de meting op scherp door op de groene knop te drukken. Een scherp geluid, b.v. door met

twee meetlatten op elkaar te tikken, vóór een van de sensoren, zal de meting doen starten.

Klik rechts in het diagram en selecteer ‘automatisch herschalen’ om de grafiek beeldvullend

te krijgen.

Klik weer rechts in het diagram en selecteer ‘lees uit’ om een cursor te krijgen die de

coördinaten van de meetpunten geeft. Lees het tijdsverschil tussen de twee signalen af en

bepaal de geluidssnelheid.

Iets meten dat met het blote oog niet waarneembaar is: de lichtsterkte van verschillende lichtbronnen.

Sluit een lichtsensor aan op één van de vier ingangen. Maak een DIAGRAM aan in een van de

vier vensters. Kies voor een meetfrequentie van tenminste 1000 metingen per seconde, en

liever nog meer. Meet vervolgens de lichtsterkte op van

• een kaarsvlam

• een gloeilamp

• een t.l.-buis

• de monitor van de computer

• een LED lampje

en bekijk van ieder de grafiek. Bepaal van de variabele lichtbronnen hun frequentie. Noteer

eventuele andere bijzonderheden.

Gebruik maken van functiefit: lichtsterkte versus afstand

Sluit een lichtsensor aan op één van de vier ingangen. Plaats een lichtbron langs een meetlat

zodat deze naar de sensor toe en van de sensor af kan worden bewogen.

Toon WAARDE in een van de vier vensters.

Maak een nieuwe TABEL met C1:handinvoer en C2:handinvoer (eerste en tweede kolom

allebei handinvoer). Zet deze tabel neer in een venster. Klik rechts in het venster en voeg rij 1

t/m 10 toe; nu zijn er velden om in te vullen.

NASK Opdracht IV


Stel de helderheid van de lichtbron of de gevoeligheid van de sensor zó in, dat de uitslag op 1

m afstand de nul begint te naderen. Verduister het meetlokaal zo goed mogelijk. Verzamel

meetwaarden voor de lichtsterkte op verschillende afstanden en vul de tabel in.

Kies een nieuw DIAGRAM gebaseerd op de zojuist gemaakte tabel en zet het diagram neer in

een venster. Klik rechts in het venster en kies voor ‘automatisch herschalen’. Nu moet de

grafiek verschijnen.

Klik weer rechts in het diagram en kies nu voor ‘analyse’ en dan voor ‘functiefit’. Kies een

functie die past bij een 1/x2-verband en pas de parameters a, b en c aan totdat de functie in de

buurt komt van de meetkromme. Laat daarna AUTOFIT het karwei afmaken.

IV – 3. Suggesties

Bestudeer uitNatuur- en scheikunde voor de basisvorming, deel 2 van de BAVO-werkgroep

de Praktika 29 tot en met 34.

IV – 1. Dekt dit onderwijsaanbod de kerndoelen m.b.t. geluid?

IV – 2. Is het voldoende ter voorbereiding van klas 4?

IV – 3. Welke functie heeft volgens jou het gebruik van contexten?

IV – 4. Welke vaardigheden (Domein A) komen aan de orde?

Op een aparte 3,5 inch schijf tref je enkele werkbladen voor leerlingen aan.

Hieronder een copie in zwart-wit.

IV – 5. Kijk in “jouw”leerboek waar je van dit materiaal gebruik kunt maken.

NASK Opdracht IV


Geluid

Naam: ……………………

NASK Opdracht IV


1. Noem drie verschillende geluiden.

2. Vorm een groepje van vier leerlingen. Lees één voor één jullie geluiden aan elkaar

voor. Zet dan het geluid links of rechts van de streep. Als de bron van het geluid

beweegt of trilt zet je het geluid links. Als de bron geluid maakt zonder te bewegen zet

je het geluid rechts van de streep. Je mag overleggen!

Trilling

JA

Trilling

NEE

NASK Opdracht IV


Suggesties voor een les n.a.v. deze oefening.

Iemand zegt: alles wat geluid maakt trilt.

Wie is het hiermee eens?

Hoe weet je dat je keel trilt als je praat?

Er komt muziek uit een luidspreker. Hoe weet je dat de luidspreker trilt?

Je slaat op een houten plank. Hoe weet je dat de plank trilt?

Een stemvork geeft een toon. Hoe weet je dat de stemvork trilt?

Nu ga ik proberen om die trillingen eens zichtbaar te maken. Waar is de trilling?

Stukjes papier, piepschuimballetjes, zand, een pingpongbal aan een draadje (met statief), een

draadtelefoon.

Luidspreker met pingpongbal ervoor. De pingpongbal schiet weg.

Snaarinstrument met stukjes papier over de snaar.

Xylofoon met zand erop?

Stemvork in een glas water.

Stukjes papier op de luidspreker.

Zand op mijn eigen luidsprekertje.

Vingers op je eigen keel en op die van anderen.

Vinger op de draad van de draadtelefoon. Kun je Chadli figuren maken met een draad waarin

longitudinale golven lopen? Uitproberen.

Conclusie: er is altijd iets dat trilt.

Tenslotte.

De geluidsgolven zelf kun je zichtbaar maken met een microfoon en een oscilloscoop.

Draagbare radio gebruiken. Leerlingen zelf laten praten. Tekeningen maken van de A, E, I, O,

en de U.

Voorbeelden voor de docent:

1.

Geluid Wat maakt het geluid? Het gezoem van een mug de vleugels trillen

Een rijdende auto de motor trilt

applaus vingers / handen trillen, maar ook de lucht

– sla maar met de rug van je hand tegen je

uitgestrekte andere hand, dan zie je je

vingers trillen

een tik van een hamer op een plank de plank trilt – leg er maar zand op

Een plons in het water het water trilt - dat zie je

Een krakend takje de twee helften van het takje trillen na

bladeren in een boek papier trilt na, vgl. klik klak speeltje

deur die dicht valt deur trilt na (en de muur)

gebrom van de computer de kast trilt, voel maar.

fietsbel de dop trilt

NASK Opdracht IV


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

NASK Opdracht IV


NASK Opdracht V


V. OPDRACHTEN ROND LICHT EN BEELD

V – 1. Verkenning

V-1.1 Lees de kerndoelen over licht en beeld nog eens door. Noteer o.a. dat de werking van

het oog er niet in staat.

V-1.2. Bestudeer hoofdstuk 2 uit “Children’s Ideas”.

Bespreek je meest saillante bevindingen met je collegae. Gooi daarover ook eens een

balletje op bij een docent op school.

V – 2. Wat kun je zelf?

V-2.1. Bereid een demonstratieproef voor waarbij je de buitenwereld afbeeldt op de muur van

het klaslokaal. Het beeld moet aan de volgende eisen voldoen: zo groot mogelijk en zo

duidelijk mogelijk.

V-2.2. Bereid een demonstratieproef voor waarbij je het filament van een gloeilamp zo groot

en duidelijk mogelijk afbeeldt op de muur van het klaslokaal.

V-2.3. Bereid een demonstratieproef voor waarbij je wit licht uiteen laat vallen in een

spectrum. Het spectrum moet aan de volgende eisen voldoen: zo groot mogelijk, zo

duidelijk mogelijk, en zo zuiver mogelijk (zo min mogelijk overlap tussen de kleuren).

V-2.4. De lenzenformule fbv

111=+ maakt géén deel uit van de basisvorming, maar wordt

meestal in de derde klas van HAVO / VWO wel behandeld. Bewijs deze formule.

V-2.5. Bereid een minilesje voor om aan leerlingen de breking van licht uit te leggen.Waarom

verandert het licht van richting als het van het ene medium in het andere terecht

komt?

V-2.6. Licht is een verbazingwekkend verschijnsel. Als je doet alsof je alles snapt ben je

waarschijnlijk niet oprecht. Beschrijf een verschijnsel dat te maken heeft met licht en

dat door jou niet 100% begrepen wordt. Deel dit met de rest van de groep.

V – 3. Gaat het licht uit? Optica op internet.

V-3.1. Lees onderstaande bijdrage over de lesmodule “How Far Does Light Go”. De hele

module is te bezichtigen op http://wise.berkeley.edu, als je tenminste eerst op ‘join

wise’ hebt geklikt en wat vragen hebt beantwoord. Vervolgens vind je module bij de

Engelstalige demo-projecten.)

Is dit een goed voorbeeld van optica onderwijs dat uitgaat van het zichtconcept?

NASK Opdracht V


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

NASK Opdracht V


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

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

NASK Opdracht V


V – 4. Suggesties

V-4.1 TOETSVRAAG?

Het is nacht. De koplampen van een auto

vormen een lichtvlek op straat, van A tot B.

Een voetganger bij punt D kan de koplampen

zien.

Hoever komt het licht van de koplampen?

Tot A, B, C, D, of ergens anders?

Wat is de belangrijkste reden voor je

antwoord?

NASK Opdracht V


V-4.2. NOG WAT ZELFSTUDIE

V-4.2.1 Lichtsterkte/helderheid

De candela is nu gedefinieerd in termen van de Watt. Strikt genomen is het geen

onafhankelijke eenheid meer. Men heeft desalniettemin afgesproken dat de lichtsterkte toch

een aparte eenheid blijft verdienen.

Reden voor een aparte eenheid: het totale vermogen van een lichtbron is geen goede maat

voor de hoeveelheid licht die deze produceert. Niet alle straling is zichtbaar licht, en ook

binnen het zichtbare spectrum is het oog niet overal even gevoelig. Zo ervaren wij een gele

lamp als helderder dan een blauwe lamp ook als beide hetzelfde vermogen uitstralen.

De lichtsterkte is dus een zeer antropocentrische eenheid. De mens is de maat aller dingen, en

zeker van de lichtsterkte.

Vergelijking van de lichtsterkte van twee bronnen gebeurt in principe ‘op het oog’.

Tegenwoordig kan er nauwkeuriger gemeten worden met lichtgevoelige detectoren die het

oog nabootsen.

Vroeger was de candela niets anders dan de lichtsterkte van 1 kaars. Sinds 1979 is de candela

“de lichtsterkte, in een bepaalde richting, van een bron die monochromatische straling

uitzendt met een frequentie van 540 THz en waarvan de stralingssterkte 1/683 Watt per

steradiaal is.”

Kortom, de lichtsterkte is wel degelijk gerelateerd aan het vermogen van de uitgezonden

straling! Alleen moet erbij worden vermeld dat het dan gaat om straling van een bepaalde

kleur (540 THz of 555 nm).

Om de ervaren lichtsterkte van andere golflengtes te bepalen is onderzoek gedaan onder grote

hoeveelheden proefpersonen. Dit levert een belcurve op:

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

Het uitgestraalde vermogen bij een golflengte van 500 nm heeft een “efficientie” van 1/3 van

het maximum bij 555 nm. Dat betekent dat er drie keer zoveel vermogen nodig zal zijn bij

500 nm als bij 555 nm om dezelfde lichtsterkte te bereiken.

NASK Opdracht V


Een bron is gewoonlijk niet in alle richtingen even helder. Een gloeilamp kan in de recht

voorwaartse richting een lichtsterkte hebben van 500 candela, terwijl de lichtsterkte onder een

hoek van 30 graden minder zal zijn, b.v. 300 candela.

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

De totale integraal van alle lichtsterktes over alle richtingen samen geeft het totale

uitgestraalde lichtvermogen in aantal lumen.

1 candela = 1 lumen per sterradiaal

1 lux = 1 lumen per vierkante meter

Voorbeeld getallen:

Een 100-W gloeilamp straalt een lichtvermogen uit van 1200 lumen over een half

boloppervlak. Dan is de lichtsterkte van de gloeilamp 1200 lumen / 2! steradiaal = 191 cd.

Het aantal lux op een afstand van 1 m van de gloeilamp, is 1200 lumen / 2!(12) = 191 lux.

Het aantal lux op een afstand van 5m van de gloeilamp is 1200 lumen / 2!(52) = 7,6 lux.

Het aantal lux is dus op een afstand van 1m gelijk aan het aantal candela.

V-4.2.2. Kleuren mengen

Op de voorkant van deze klapper staat een plaatje over het mengen van licht. Leerlingen

kennen vooral het mengen van verf of kleurpotloden. Dat geeft heel andere resultaten.

V-4.2.2 Waarop berusten de verschillen?

NASK Opdracht VI

Roel Scheepens/ Frans Arnold Pagina 1 01-09-2005

VI. VERBRANDEN EN VERWARMEN; TEMPERATUUR

VI – 1. Verkenning

Opdracht VI-1.1: Neem de kerndoelen over dit onderwerp door (Donein D). Mis je

belangrijke zaken als je denkt aan leerlingen die

a. In klas 4 exact gaan?

b. Dat niet zullen doen?

Opdracht VI-1.2: Bestudeer hoofdstuk 4 van “Children’s Ideas”.

Bespreek wat nieuw voor je was met medelio’s en/of docenten.

Opdracht VI-1.3: Heeft laatstgenoemde studie invloed op je antwoorden bij VI-1.1?

Opdracht VI-1.4: Maak de diagnostische toets (Bijlage VI-1) eerst zelf. Kun je hem in je

lessen gebruiken?

Opdracht VI-1.5:Leer jezelf iets over de energievoorziening in je eigen huis. Weet je zelf waar

je gas en je elektriciteit vandaan komen? Ken je de prijzen? Begrijp je je

eigen energienota? Ben je wel eens in een elektriciteitscentrale geweest?

Weet je iets over verschillende modellen cv-ketels? Weet je iets over de

verschillen tussen geisers en boilers? Breng verslag uit van de opbrengst

van je zoektocht.

In 1997 hebben de energiedistributiebedrijven een lespakket voor de basisvorming

(HAVO/VWO) uitgebracht onder de naam “Milieu bewaren? Energie besparen!”. Het pakket

bestaat uit een videoband en leerlingenboekjes. Misschien iets voor jou?

VI – 2. Verbranden, contexten

Domein D heet verbranden en verwarmen. Er staat, dat de leerlingen het verbrandingsproces

moeten kunnen beschrijven.

Opdracht VI-2.1: Beschrijf het verbrandingsproces aan de hand van het gasfornuis.

Opdracht VI-2.2: Maak het practicum “De kaars”. (Bijlage VI-2) Hoeveel enkelvoudige

waarnemingen kun jij eraan doen? (Sommige klassen met 25 leerlingen

komen samen tot ca 100.)

Je kunt een gasfornuis, een kaars en de meeste andere zaken die in de kerndoelen voorkomen

maatschappelijke of persoonlijke context noemen. Daarop wordt in de basisvorming

voortdurend sterk de nadruk gelegd.

Opdracht VI-2.3: In de kerndoelen is sprake van de voorwaarden waaronder verbranding kan

plaatsvinden. In de boeken wordt daarvoor wel de term “branddriehoek”

ingevoerd. Bereid een (stukje) les voor waarin je, uitgaande van de open

haard, het proces van verbranden behandelt. Geef speciale aandacht aan de

problemen met nat hout.

NASK Opdracht VI


Opdracht VI-2.3: Wat behoort voor jou tot de natuurwetenschappelijke context van

verbranden en verwarmen? Maak daarvan een begrippenkaart, liefst samen

met een medelio.

Opdracht VI-2.4: Op welke manier kan het practicum over de kaars en een les over de open

haard voor leerlingen zo’n natuurwetenschappelijke context inleiden?

VI –3. Nog meer over vlammen

Met een thermokoppel en b.v. Coach 5 kun je vrij gemakkelijk de temperatuur van vlammen

onderzoeken. Voorbeeldinstructies zitten in de bijlagen.

Overigens is het misschien aardig om te weten dat de eenheid van lichtsterkte, de candela, is

afgeleid van de helderheid van een kaars. Kaarsen blijken een heel constante lichtsterkte te

hebben, wat ze geschikt maakt als standaardmaat. Een lichtsterkte van 200 Cd is dus ongeveer

even helder als het licht van 200 kaarsen.

VI – 4. Practicum W5 uit de BAVO-KUN methode

Je bent al in het bezit van het blauwe katern waar dit practicum instaat. Zo niet, vraag om een

exemplaar.

Het gaat in dit practicum om de ontwikkeling van het concept ‘warmte’. Tot slot wordt de

vraag gesteld of de verschijnselen ook met het concept ‘koude’ zouden kunnen worden

verklaard. Lees het practicum door en bereid je antwoord op vraag 5.8b voor. Deze vraag

bespreken we zeker.

Je kunt delen van het practicum eventueel uitvoeren tijdens vakdidactiek. Stel je op als

leerling. Frans Arnold zal optreden als docent / begeleider. Daarna bespreken we wat ons is

opgevallen.

VI – 4.1 Behoud van warmte verder uitgewerkt

Het onderdeel W5.7 uit de BAVO-KUN methode is vooral bedoeld om de wet van behoud

van warmte te illustreren: als iets afkoelt staat het warmte af aan de omgeving, en daardoor

zal de omgeving opwarmen. Dit is voor leerlingen helemaal niet vanzelfsprekend. Dingen

kunnen immers afkoelen zonder dat de omgeving merkbaar opwarmt. Dan lijkt het of de

warmte gewoon verdwijnt. Het is voor die leerlingen belangrijk om waar te nemen dat de

omgeving rond de afkoelende reageerbuis inderdaad opwarmt.

Als bijlage 3 is een practicum opgenomen voor 3e klas leerlingen op een internationale

school. Hierin laten ze een hete reageerbuis afkoelen in een steeds groter omringend bad. (De

instructies worden overigens steeds minder gedetailleerd, met opzet).

Op deze wijze wordt een brug geslagen van het preconcept (‘de warmte verdwijnt’) naar de

wetenschap (‘wet van behoud van warmte’). De leerling ervaart zelf dat de warmte lijkt te

verdwijnen, maar dat dit alleen maar komt omdat ze heel erg dun wordt uitgespreid.

Dit practicum kost veel tijd – je moet zelf beslissen of je die tijd de moeite waard vindt of

niet. Bespreek je beslissing in de groep.

NASK Opdracht VI


VI – 4.2 Het CLP project

In dit project (1984 – 1999, Marcia Linn en Nancy Songer) kregen leerlingen

natuurkundeonderwijs over warmte waarbij de nadruk lag op de leerbaarheid van de

aangeboden modellen. Binnen het CLP project bleek het niet mogelijk te zijn om een

meerderheid van de leerlingen een actief en robuust begrip van de kinetische theorie

(moleculen) bij te brengen. Als gevolg werd de instructie veranderd. Zo werden

warmteverschijnselen niet verklaard met behulp van de kinetische theorie, maar met behulp

van warmte als een soort vloeistof die van heet naar koud stroomt. Dit ‘warmtestroom’ model

bleek wél tot actieve en robuuste kennis bij de meeste leerlingen te leiden. Het lesmateriaal

concentreerde zich op preconcepten bij leerlingen zoals:

• wol houdt dingen warm;

• metaal is koud;

• warmte is hetzelfde als hoge temperatuur;

• afkoelen en opwarmen zijn twee totaal verschillende processen.

Leerlingen deden véél meer experimenten dan in traditioneel onderwijs, waarbij de computer

voortdurend werd ingeschakeld als hulpmiddel. Zo werd de werking van verschillende

isolatiematerialen niet één keer gemeten, maar wel vier keer (met verschillende materialen, en

dan ook nog over het warm dan wel koud houden van dingen). Bij iedere proef voorspelden

de leerlingen wat voor grafiek eruit zou komen, en vervolgens zagen ze deze in ‘real time’ op

het scherm verschijnen terwijl de meting liep.

Leerlingen formuleerden conclusies uit hun experimenten en construeerden op basis daarvan

algemene vuistregels (‘pragmatic principles’) die beter werken dan hun eigen preconcepten

(‘intuitive conceptions’).

Overigens kwam ook aan het licht dat leerlingen niet gemakkelijk afstand doen van hun

preconcepten. Als b.v. voorspeld was dat A sneller zou afkoelen dan B terwijl de

meetresultaten duidelijk lieten zien dat B sneller afkoelde, dan trokken leerlingen soms de

conclusie dat het experiment geen duidelijk antwoord op had geleverd en bleven bij hun

voorspelling.

Lees eventueel het artikel van Linn en Songer (Bijlage VI-4) en formuleer een reactie.

VI – 5. Meer noties en concepten

VI – 5.1 Thermisch evenwicht

Het idee dat voorwerpen in dezelfde ruimte uiteindelijk dezelfde temperatuur aannemen

(tenzij ze zelf warmte produceren) is voor leerlingen niet vanzelfsprekend. Het is een zeer

nuttige activiteit om leerlingen met een thermometer door het lokaal te laten lopen en de

temperatuur van een aantal voorwerpen te laten meten, zoals ook in het CLP project werd

gedaan. Vervolgens wordt uitgelegd dat het verschil in gevoelstemperatuur ligt aan de

verschillen in warmtegeleiding. Hierover moeten leerlingen zelf ook verder doorpraten.

Stel je eigen leerlingen eens de volgende vraag en noteer hun antwoorden zorgvuldig:

“Een metalen schaal en een glazen schaal worden in een oven gezet. De oven wordt urenlang

op 100 graden Celcius gehouden. Wat denk je dat de eindtemperatuur zal zijn van

a. de metalen schaal?

b. de glazen schaal?”

NASK Opdracht VI


Wat antwoorden ze? Ben je verrast?

VI – 5.2 Het bedenksel koude

Leerlingen kunnen leren dat aluminium beter warmte / koude geleidt dan wol, en dat wol dus

beter isoleert. Ze kunnen leren dat aluminiumfolie voedsel niet goed warm houdt en ook niet

koel. Wol daarentegen houdt hete dingen langer warm en koude dingen langer koud. Ze

kunnen leren dat er iets door de verpakking stroomt waardoor de temperatuur binnen en

buiten gelijk wordt. Maar wat stroomt er, en in welke richting?

Experts zeggen dat ‘warmte’ van de plaats met de hogere temperatuur naar de plaats met de

lagere temperatuur stroomt.

Maar leerlingen zeggen even makkelijk dat ‘kou’ ergens binnendringt, of ergens uit ontsnapt.

We kunnen met behulp van een experiment niet aantonen dat het bedenksel ‘warmte’ juist is

en het bedenksel ‘kou’ fout. “Warmte’ is namelijk geen substantie. Er stroomt niets materieels

door het geleidende materiaal, en er valt op die manier dus niets aan te tonen.

Leerlingen hebben dus best ‘een punt’ als ze de kou willen laten stromen in plaats van de

warmte. Het is dan ook niet aan te bevelen om hier al te hard over te vallen.

Veel belangrijker is het om leerlingen uit te dagen slechts één concept te gebruiken in alle

situaties, en om niet nu eens over warmte, en dan weer over kou te spreken. Het is cruciaal dat

leerlingen leren dat een veelheid aan verschijnselen kan worden verklaard met één idee, en dat

natuur- en scheikunde zich bezighouden met het vinden van zulke krachtige, verklarende

ideeën.

Een constructivistische benadering zou zijn om de leerlingen in hun waarde te laten en ze

rustig alles met het concept ‘kou’ te laten verklaren, totdat de leerlingen zelf ervaren dat dit

tot geforceerde verklaringen leidt (‘vuur trekt de kou uit de omgeving weg’). Als ze

gedwongen worden om voor één bedenksel te kiezen zullen de leerlingen uiteindelijk kiezen

voor ‘warmte’ als verklarend begrip, en niet voor ‘kou’.

Het bedenksel van een ‘warmte’ die ‘stroomt’ van A naar B is een educatief nuttig model, dat

teruggrijpt op het oude caloric concept. Leerlingen kunnen vrij goed leren om het model van

warmtestroom ook te gebruiken in situaties waar ze zelf spontaan eerder over ‘kou’ zouden

gaan praten. Het blijft echter een bedenksel.

De enige waarneming die we kunnen doen is dat voorwerpen met een verschillende

temperatuur die met elkaar in contact gebracht worden na verloop van tijd dezelfde

temperatuur hebben gekregen.

Het is belangrijk dat leerlingen die eerste stap in ieder geval kunnen maken, los van de vraag

of er iets bij stroomt en wat dan wel. We weten dat het idee van thermisch evenwicht voor

leerlingen niet vanzelfsprekend is, maar dat is een ander onderwerp (zie documentatie over

het CLP project).

VI – 5.2 Koper, aluminium en staal

We gaan drie cilinders verwarmen, van koper, aluminium en staal, allemaal met een massa

van 1 kg.

a. Welke cilinder wordt het snelst warm? Welke het minst snel? Waarom?

NASK Opdracht VI


b. Vervolgens laten we de hete cilinders afkoelen aan de lucht. Ze beginnen alledrie op

dezelfde temperatuur. Welke cilinder koelt het snelst af? Welke blijft het langst warm?

Waarom? Wat voor factoren moet je hierbij in overweging nemen?

c. Je mag dit probleem ook experimenteel onderzoeken!

VI – 5.3 Kleine c en grote C

Deze symbolen staan voor ‘soortelijke warmte’ en ‘warmtecapaciteit’. Een leerling vraagt:

“Wat is nu eigenlijk het verschil tussen die kleine c en die grote C?” Hoe reageer je daarop?

VI – 5.4 Rekenen

De volgende som komt uit Mix (3e klas, blz 299):

Een joulemeter heeft een C van 120 C

J

° .

Je doet 250 g olie (c=2,0!103

Ckg

J

°! ) in de joulemeter.

a. Hoeveel energie is nodig om de olie 1°C in temperatuur te laten stijgen?

b. Bereken de C van de joulemeter inclusief 250 g olie.

c. Bereken hoeveel energie er nodig is om de joulemeter met inhoud 14°C in

temperatuur te doen stijgen.

d. Je voert 5,0 kJ warmte toe. Bereken hoeveel de joulemeter met inhoud in temperatuur

stijgt.

Rekenen kan op veel verschillende manieren. Stel, een groot aantal leerlingen in de klas

verzoekt jou om deze som klassikaal te behandelen. Hoe zou je dat doen? Geef hierover een

minilesje aan je medelio’s.

Bijgevoegd:

• VI – 1: Diagnostische toets

• VI – 2: Praktikum “De kaars”

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

• VI – 4: Artikel van Linn en Songer

• VI – 5: Opdrachten en leerstijlen

NASK Opdracht VI


Bijlage VI –1

Warmte en temperatuur – diagnostische toets

1) Wat is de meest waarschijnlijke temperatuur van ijsblokjes in het vriesvak?

a) –10 °C

b) 0 °C

c) 5 °C

d) het hangt af van de afmetingen van de ijsblokjes

2) Hans neemt zes ijsblokjes uit het vriesvak en doet er vier in een glas water. Hij laat de twee andere ijsblokjes op het aanrecht liggen. Hij roert in het glas water totdat de ijsblokjes veel kleiner geworden zijn en nauwelijks nog smelten. Wat is de meest waarschijnlijke temperatuur van het water op dat moment?

a) –10 °C

b) 0 °C

c) 5 °C

d) 10 °C

3) De ijsblokjes die Hans op het aanrecht had laten liggen zijn bijna gesmolten en liggen in een plasje water. Wat is de meest waarschijnlijke temperatuur van deze kleine ijsblokjes?

a) –10 °C

b) 0 °C

c) 5 °C

d) 10 °C

4) Op het fornuis staat water te koken in een fluitketel. Het water kookt wild. De meest waarschijnlijke temperatuur van het water op dit moment is

a) 88 °C

b) 98 °C

c) 110 °C

d) Geen van de bovenstaande antwoorden kan goed zijn.

5) Vijf minuten later is het water nog steeds aan het koken. De meest waarschijnlijke temperatuur van het water is nu

a) 88 °C

b) 98 °C

NASK Opdracht VI


c) 110 °C

d) 120 °C

6) Wat voor temperatuur heeft de stoom vlak boven het kokende water?

a) 88 °C

b) 98 °C

c) 110 °C

d) 120 °C

7) Mijke neemt twee bekers water van 40 °C en mengt dat met één beker water van 10 °C. Wat

wordt de temperatuur van het mengsel?

a) 20 °C

b) 25 °C

c) 30 °C

d) 50 °C

8) Jan vindt dat je altijd kokend water moet gebruiken als je thee zet. Hij zegt tegen zijn vrienden: “Op een berg kun je geen goede thee zetten, want water kookt niet op grote hoogte.”

a) Hanna zegt: “Het kookt wel, maar kokend water is op een berg niet zo heet als hier beneden.”

b) Simon zegt: “Dat is niet waar. Water kookt altijd bij dezelfde temperatuur.”

c) Lou zegt: “Het kookpunt van water wordt lager, maar het water zelf is nog steeds op 100 °C.”

d) Marieke zegt: “Ik ben het met Jan eens. Het water raakt op een berg nooit aan de kook.”

Met wie ben je het eens?

9) Sam haalt een blikje cola en een plastic fles cola uit de koelkast. Het blikje en de fles hebben de hele nacht in de koelkast gelegen. Hij doet snel een thermometer in het blikje cola. De temperatuur is 7 °C. Wat voor temperatuur hebben de fles, en de cola die erin zit?

a) Allebei minder dan 7 °C

b) Allebei 7 °C

c) Allebei meer dan 7 °C

d) De cola is 7 °C maar de fles is warmer dan 7 °C

e) Het hangt af van de maat van de fles en van de hoeveelheid cola in de fles.

10) Een paar minuten later pakt Paul het blikje cola op en vertelt aan de rest dat de plek waar het blikje heeft gestaan nu kouder aanvoelt dan de rest van het aanrecht.

a) Peter zegt: “De koude is van de cola naar het aanrecht gegaan.”

b) Rob zegt: “Er zit geen energie meer in de plek onder het blikje.”

c) Susan zegt: “Warmte is van het aanrecht naar de cola gegaan.”

d) Els zegt: “Door het koude blikje is de warmte weggestroomd van die plek naar de rest van het aanrecht.”

Voor wiens uitleg kies je?

11) Janneke vraagt aan een groep vrienden: “Als ik 100 gram ijs van 0 °C en 100 gram water van 0 °C

samen in het vriesvak stop, welke zal dan het meeste warmte verliezen?”

NASK Opdracht VI


a) Rana zegt: “het ijs.”

b) Ben zegt: “het water.”

c) Nick zegt: “allebei evenveel want ze zijn even koud.”

d) Youri zegt: “onzin, want water van 0 °C bestaat niet.”

e) Barbara zegt: “onzin, want ijs kan helemaal geen warmte verliezen.”

f) Met wie ben je het het meeste eens?

12) Melanie kookt eieren in een pan op het fornuis. Wat zit er in de bellen die in het water vormen?

a) lucht

b) zuurstof en waterstof gas

c) waterdamp

d) niets (vacuum)

13) Nadat ze eieren heeft gekookt koelt Melanie de eieren af door ze in een bak met koud water te doen. Op welke manier koelen de eieren af?

a) Temperatuur wordt overgedragen van de eieren aan het koude water

b) Koude gaat van het water naar de eieren

c) Warme voorwerpen koelen vanzelf af

d) Energie wordt overgedragen van de eieren aan het koude water

14) Janneke zegt dat ze niet graag op metalen stoelen zit omdat die “kouder zijn dan plastic stoelen.”

a) Jasper is het met Janneke eens en zegt: “Ja, metaal is kouder dan plastic.”

b) Kim zegt: “Metalen stoelen zijn niet kouder, ze hebben dezelfde temperatuur.”

c) Lou zegt: “Ze zijn niet kouder, ze voelen alleen kouder omdat ze zwaarder zijn.”

d) Mei Lan zegt: “Ze zijn kouder omdat metaal minder warmte kan verliezen dan plastic.”

Wie heeft er volgens jou gelijk?

Erwin Krol zegt op het nieuws dat het vannacht 5 °C wordt, tegen 10 °C afgelopen nacht.

e) Jennie zegt: “Dat betekent dat het vannacht tweemaal zo koud wordt als de afgelopen nacht.”

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

g) Raji zegt: “Het is niet helemaal fout, maar Krol had moeten zeggen dat 10 °C tweemaal zo

warm is als 5 °C.”

h) Guus zegt: “Het is niet helemaal fout, maar Krol had moeten zeggen dat 5 °C half zo koud is

als 10 °C.”

Met wie ben je het het meeste eens?

15) Kim neemt een metalen liniaal en een houten liniaal en voelt dat de metalen liniaal kouder aanvoelt. Voor welke uitleg kies je?

a) Metaal voert de warmte uit haar hand sneller af dan hout

b) Hout is van nature warmer dan metaal

c) De houten liniaal bevat meer warmte dan de metalen liniaal

d) Metaal is een betere warmtestraler dan hout

e) Metalen geven makkelijker koude af

NASK Opdracht VI


16) Ans neemt twee glazen flessen met water van 20 °C en wikkelt ze ieder in een theedoek. De ene

theedoek is nat en de andere droog. 20 minuten later meet ze de temperatuur in iedere fles. Het

water in de nat gewikkelde fles is 18 °C, en het water in de droog gewikkelde fles is 22 °C. Wat

was de kamertemperatuur tijdens dit experiment?

a) 26 °C

b) 21 °C

c) 20 °C

d) 18 °C

17) Daan neemt twee pakken chokolademelk; één koude uit de koelkast en één warme van het aanrecht. Waarom voelt het pak uit de koelkast kouder aan? Het pak uit de koelkast…

a) Bevat meer koude

b) Bevat minder warmte

c) Is een slechtere warmtegeleider

d) Voert de warmte sneller weg uit Daan zijn hand

e) Voert de koude sneller toe aan Daan zijn hand

18) Ronald weet niet waarom het eten in een snelkookpan eerder gaar is. (Snelkookpannen hebben een afgesloten deksel zodat de druk binnen in de pan hoger kan worden.)

a) Emmie zegt: “Door de hoge druk kookt het water bij een hogere temperatuur.”

b) Collien zegt: “De hoge druk produceert meer warmte.”

c) Florieke zegt: “Door de hoge druk wordt de stoom heter dan het kokende water.”

d) Tom zegt: “Door de hoge druk wordt de warmte beter door het voedsel verspreid.”


19) Patty gelooft dat de lucht bovenin een oven heter is dan de lucht onderin.

a) Frederike zegt dat het bovenin warmer is omdat warmte opstijgt.

b) Sam zegt dat het bovenin warmer is omdat hete lucht opstijgt.

c) Tim zegt dat het overal in de oven even heet is.

d) Manon zegt dat de lucht onderin de oven heter is omdat daar de hittebron zit.

Wie heeft er volgens jou gelijk?

20) Zweten helpt het lichaam om…

a) Water af te voeren

b) Zout af te voeren

c) Warmte af te voeren

21) Anneke ontdekt dat een fietspomp na het pompen opmerkelijk warm geworden is. Welke uitleg is de beste?

a) Energie is overgedragen aan de pomp

b) Temperatuur is overgedragen aan de pomp

c) Warmte is van haar handen naar de pomp gestroomd

d) De metalen delen van de pomp hebben de temperatuur laten stijgen.

NASK Opdracht VI


22) Waarom dragen we truien als het koud is?

a) Om de kou buiten te houden

b) Om warmte te produceren

c) Om warmteverlies te beperken

d) Al deze antwoorden zijn goed!

23) Joset haalt waterijsjes uit het vriesvak en stelt dat de houten stokjes minder koud zijn dan het ijs zelf.

a) Yvonne zegt: “Je hebt gelijk want hout kan niet zo koud worden als ijs.”

b) Ivan zegt: “Je hebt gelijk want ijs bevat meer kou dan hout.”

c) Ronald zegt: “Je hebt ongelijk, de stokjes zijn niet minder koud, ze bevatten alleen meer warmte.”

d) Anne zegt: “Ik denk dat de stokjes en het ijs dezelfde temperatuur hebben omdat ze samen in het vriesvak hebben gelegen.”

24) Gerrie zegt op t.v. gezien te hebben hoe natuurkundigen een supergeleidende magneet maakten

bij 260 °C onder nul.

a) Pieter betwijfelt dit. “Zo’n lage temperatuur bestaat niet.”

b) Kelly is het niet met hem eens: “Ja hoor, dat kan best, en het kan ook nog wel veel kouder.”

c) Leo zegt: “Ik geloof dat die magneet dichtbij de laagst mogelijke temperatuur was.”

d) Gerrie zelf is er niet zeker van: “Volgens mij kan je zulke goede warmtegeleiders helemaal niet afkoelen tot zulke lage temperaturen.”

25) Vier studenten hebben het over vroeger. Annet zegt: “Toen ik klein was deed ik mijn poppen hele dikke truien aan, maar ik begreep nooit waarom ze daar niet warm van werden.”

a) Nicole zegt: “Waarschijnlijk gebruikte je poppenkleren die niet goed isoleerden.”

b) Lieuwe zegt: “Waarschijnlijk waren die poppenkleren slechte warmtegeleiders.”

c) Jos zegt: “Waarschijnlijk waren die poppen gemaakt van materiaal dat slecht warmte kon vasthouden.”

d) Kevin zegt: “Waarschijnlijk waren die poppen gemaakt van materiaal dat maar heel langzaam opwarmt.”

e) Joy zegt: “Jullie hebben het allemaal fout.”


NASK Opdracht VI


Bijlage VI – 2

De kaars

In de woorden van Michael Faraday:

“Er is niet makkelijker toegang te krijgen tot het studieterrein van de natuurkunde dan door de

natuurkundige verschijnselen van een kaars te beschouwen.”

1. Maak van een brandende kaars eerst eens zelf een nauwkeurige tekening, in kleur, van

de pit en de vlam. Vergelijk je tekening vervolgens met een echte vlam en zoek de 10

verschillen. Leer kijken.

2. Neem een klein glazen buisje. Houd het ene eind met een knijper midden in de vlam

(waar geen vlam is!). Houd bij het andere eind een brandende lucifer. Wat neem je

waar? Houd het glazen buisje nu boven in het gele gedeelte van de vlam. Houd bij het

andere eind een brandende lucifer. Wat is het verschil? Wat is de verklaring?

3. Steek de kaars aan. Wacht een minuut. Steek een lucifer aan, blaas de kaars uit en

breng de brandende lucifer in de rook die van de lont afkomt. Vanaf hoeveel afstand

kun je de kaars op deze manier weer aansteken? Wat is de verklaring?

4. Probeer een kaars zonder lont aan te steken. Waarom werkt dit niet?

5. Laat roetdeeltjes in de kaars vallen en beschrijf de beweging die je ziet.

6. Neem een koperen spiraaltje en laat dit over de kaarsvlam heen zakken. Waarom dooft

de vlam?

7. Neem een stukje aluminiumfolie. Scheur het tot de helft in. Schuif de folie om de lont

– onder de vlam, maar boven het gesmolten kaarsvet. Houd dit zo een tijdje vast. Wat

gebeurt er? Waarom?

8. Laat een druppel water vallen in het kaarsvet van een brandende kaars. Wat gebeurt

er? Wat is de verklaring?

9. Meet de temperatuur van een kaarsvlam met een thermokoppel en een computer-

meetprogramma zoals Coach 5 of DataStudio.

10. Beantwoordt de volgende vraag: WAT BRANDT ER PRECIES BIJ EEN

BRANDENDE KAARS?

Lever je antwoorden in.

NASK Opdracht VI


Bijlage VI – 3

Waar blijft de warmte?

naam:………………………………..

Statief, klem, stopwatch, thermometer, klein bekerglas, groot bekerglas, reageerbuis met kurk.

Als heet water afkoelt, waar blijft dan de warmte? Verdwijnt de warmte, of gaat die in de

omgeving zitten?

Je gaat nu een reageerbuis met heet water laten afkoelen in verschillende situaties. Noteer de

begintemperatuur en de eindtemperatuur van het water in de reageerbuis, en ook van de

omgeving.

Zorg ervoor dat je een eerlijk onderzoek doet:

Gebruik telkens dezelfde hoeveelheid heet water in de reageerbuis (half vol = 10 ml).

Laat de reageerbuis telkens even lang afkoelen (kies zelf voor 5 of 10 minuten).

Roer het water voordat je de temperatuur afleest.

Meet de begintemperatuur vlak voordat je de stopwatch indrukt.

Begintemperatuur = temperatuur op het moment dat je de stopwatch start.

Eindtemperaruut = temperatuur op het moment dat je de stopwatch stopt.

Vul na afloop van je onderzoek hieronder in wat je ervan geleerd hebt.

Wat ik heb geleerd:

NASK Opdracht VI


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

begintemperatuur bekerglas = _____°C

eindtemperatuur bekerglas = _____°C

===================================

verschil = _____°C

begintemperatuur reageerbuis = _____°C

eindtemperatuur reageerbuis = _____°C

===================================

verschil = _____°C

Verklaar je resultaten.

NASK Opdracht VI


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

begintemperatuur bekerglas = _____°C

eindtemperatuur bekerglas = _____°C

===================================

verschil = _____°C

begintemperatuur reageerbuis = _____°C

eindtemperatuur reageerbuis = _____°C

===================================

verschil = _____°C

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

Verklaar de verschillen.

NASK Opdracht VI


C De reageerbuis koelt af in de lucht.

Noteer zelf de begintemperatuur en de eindtemperatuur

van de reageerbuis en van de omgeving.

Noem twee verschillen met je resultaten in B.

Verklaar de verschillen.

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

NASK Opdracht VI


Bijlage VI - 5

Warmte en temperatuur – hoe kom je tegemoet aan verschillende leerstijlen?

bron: http://www.nijghversluys.nl/ondersteuning/leerstijl/index.html

Lescyclus voor dromers

Bedenk wat er gebeurt als je water kookt beschrijf het verhittingsproces (dromen)

Bestudeer het hoofdstuk over verhitting (denken)

Bedenk wat het verhittingsproces doet met andere materialen en kies een materiaal

waarmee het experiment kan worden uitgevoerd (beslissen)

Verhit het gekozen materiaal (doen)

Observeer de veranderingen gedurende het verhittingsproces, noteer wat je ziet en

vergelijk je aantekeningen met de theorie (dromen).

Lescyclus voor denkers

Bestudeer de theorie over verhitting (denken)

Voorspel aan de hand van de theorie welke veranderingen optreden bij de

volgende materialen (..) (beslissen)

Toets de juistheid van je voorspelling bij een van de materialen door het

daadwerkelijk te verhitten (doen)

Observeer het verhittingsproces en beschrijf wat je ziet (dromen)

Toets je praktijkervaring aan de theorie (denken).

Lescyclus voor beslissers

Bestudeer de vijf uitgangspunten over verhitting

Kies een materiaal waarmee het experiment kan worden uitgevoerd (beslissen)

Verhit het gekozen materiaal en noteer de veranderingen gedurende het

verhittingsproces (doen)

Vergelijk de praktijkervaringen met de uitgangspunten (dromen)


Bedenk wat het verhittingsproces doet met andere materialen (beslissen).

Lescyclus voor doeners

Verhit een materiaal (doen)

Observeer het verhittingsproces en noteer de veranderingen (dromen)


Bedenk wat het verhittingsproces doet met een ander materiaal (beslissen)

Voer dit experiment uit (doen).

NASK Opdracht VII


VII. Elektriciteit Als je Domein C van de basisvorming er op naslaat valt op dat elektriciteit in de basisvorming

zich alleen bezighoudt met elektriciteit in en om huis. De nadruk ligt op toepassingen en

veiligheid, en zeker niet op theorievorming.

Centraal in de basisvorming staat de huisinstallatie, en dan in het bijzonder de zekeringen, de

kWh-meter en de aardlekschakelaar. Verder is het ten zeerste aan te bevelen een videoband te

vertonen over de elektriciteitsvoorziening en leerlingen hierover een werkblad te laten

invullen.

In de meeste leerboeken voor HAVO en VWO wordt in de derde klas wel verder gegaan en

veel meer gerekend aan allerlei schakelingen. Daar is op zich niets mis mee; men kan zich

alleen afvragen hoeveel formules eigenlijk nodig zijn. Ik zou ervoor willen pleiten om in de

derde klas HAVO / VWO de nadruk te leggen op het kwalitatief redeneren over schakelingen,

en om de formules te beperken tot U=IR . In de vierde klas worden bij natuurkunde alle

formules in elk geval opnieuw behandeld.

VII – 1. Het gevaar van elektrische stroom

De eerste bijlage is een artikel over de gevaren van elektrische stroom. Leerlingen komen

regelmatig aanzetten met de volgende vraag: “Krijg je nou een elektrische schok van de

spanning, of van de stroom?”

Opdracht VII-1:Formuleer een reactie op deze leerlingvraag nadat je het artikel hebt gelezen.

VII – 2. Preconcepten over elektriciteit

Opdracht VII-2.1: Bestudeer van “Children’s Ideas” hoofdstuk 3. Zet de modellen die

leerlingen hanteren op een rij.

Bijlage 2 is een begripstest Elektriciteit. Er is verband met “Children’s Ideas. Uit

leerlingantwoorden op deze en andere toetsen blijken de volgende preconcepten of

misconcepten vaak voor te komen:

1. Er wordt stroom verbruikt in een elektrisch apparaat. De stroomsterkte voor een

lampje zal groter zijn dan de stroomsterkte achter het lampje.

2. De batterij of het stopcontact geeft altijd evenveel stroom. Als je de schakeling

verandert, verandert de stroomsterkte door de batterij niet.

3. Als je iets verandert in een schakeling heeft dat alleen invloed ‘achter’ de component

(stroomafwaarts) maar niet ervoor (stroomopwaarts).

4. Stroom en spanning zijn eigenlijk hetzelfde.

5. Stroom wordt in parallelschakelingen altijd gelijkelijk verdeeld.

Opdracht VII-2.2: Geef bij iedere vraag van de test aan wat jij denkt dat het meest populaire

foute antwoord zal zijn, en welk misconcept of preconcept hiervoor

verantwoordelijk is. Succes!

NASK Opdracht VII


VII – 3. Analogieën

VII – 3.1 Analogieën op een rij

1. Het flatgebouw. Mensen (elektronen) gaan omhoog in een lift (spanningsbron) en

lopen langs trappen (weerstanden) weer naar beneden.

2. Het watermodel. Water wordt rondgepompt in een circuit. De oorzaak van de stroming

is het drukverschil dat door de pomp in stand wordt gehouden. Weerstanden worden

verbeeld door smallere stukken buis.

3. De fietsketting. De ketting is de stroomkring. De energie wordt geleverd door de

trappers en de spanning is te voelen aan de ketting, die boven strak en onder slap is.

Het achterwiel zet de energie om in de beweging van de fiets.

4. De centrale verwarming. Het water wordt in de ketel verhit. De warmte wordt door het

water getransporteerd in in verschillende kamers afgegeven. Het afgekoelde water

komt weer terug in de ketel.

5. Het rugzakjesmodel. Poppetjes met rugzakjes lopen rond in een kring. In de

spanningsbron worden de rugzakjes volgemaakt met energie, die bij de verbruiker

weer worden afgegeven. De rugzakjes zijn altijd weer leeg aan het eind van de kring.

6. Het touwmodel. Een gesloten kring van touw ligt strak om één of meerdere palen.

Iemand trekt het touw in de rondte (d.c.) of heen en weer (a.c.). In beide gevallen

worden de plekken waarlangs het touw schuurt warm (warmteproductie in de

weerstanden).

7. Het autootjes model. Auto’s worden volgetankt in het tankstation (de spanningsbron).

Vervolgens rijden ze rond op een circuit waarbij ze al hun brandstof precies opmaken

in één rondje. Het circuit bestaat uit smalle en brede stukken en is helemaal vol met

auto’s. De auto’s hebben alleen een flinke vaart als ze één voor één over de smalle

stukken rijden; op de rest van het circuit staan ze eigenlijk alleen maar in de file te

wachten tot ze aan de beurt zijn om weer over een smal stuk te rijden.

Opdracht VII-3.1. Vat de modellen samen door een tabel in te vullen waarbij je voor ieder

model aangeeft welke onderdelen van het model corresponderen met de volgende begrippen

uit de elektriciteitsleer:

• Stroomkring

• Spanningsbron

• Stroomsterkte

• Weerstand

• Lading

• Potentiaalverschil

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

een aantal criteria:

• Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken dat de stroomsterkte toeneemt als de

spanning toeneemt bij gelijke weerstand? Hoe overtuigend is dit?

• Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken dat de stroomsterkte bij een bepaalde

spanning afhangt van de totale weerstand in de kring?

NASK Opdracht VII


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

serie zet?

• Kun je je m.b.v. het model aannemelijk maken wat er gebeurt als je weerstanden

parallel zet?

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

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

VII – 3.2 De wateranalogie

De wateranalogie is uitvoerig bestudeerd door Schwedes en Dudeck, wier artikel is

bijgevoegd. Hoe ver gaat de analogie tussen de stroom van water door een buis, en de stroom

van elektronen door een draad?

Opdracht VII-3.2 Lees het artikel en formuleer een reactie.

VII – 4. Modellen

In plaats van te werken met analogieën is het natuurlijk ook mogelijk om te werken met

modellen die zouden moeten benaderen wat er ‘echt’ gebeurt in de stroomkring. In

“Children’s Ideas” heb je kunnen zien welke modellen kinderen zoal hanteren.

VII – 4.1 Jouw eigen voorstelling

Opdracht VII-4 1: Schets in woorden en/of plaatjes hoe jij je voorstelt dat lading door een

draad beweegt in een stroomkring. Vergelijk met je mede-lio’s en bespreek

dit in de groep.

VII – 4.2 Ladingsdichtheid

Aan de Vrije Universiteit van Amsterdam is een model ontwikkeld dat uitgaat van

“ladingsdichtheid”. In de lesmethode DBK voor de bovenbouw wordt dit model expliciet

gehanteerd. Er is ook een simulatieprogramma (van dezelfde leverancier die ook Coach5

levert) getiteld elektriX waarin hetzelfde model wordt toegepast. Ter illustratie hier een

schermafbeelding:

NASK Opdracht VII


In de simulatie lopen de kleine mintekentjes (de elektronen) van de minpool naar de pluspool

van de batterij. Vlak bij de minpool is de ladingsdichtheid hoog, en vlak bij de pluspool is die

dichtheid laag. Tussen de componenten in neemt de ladingsdichtheid tussenliggende waarden

aan. Als voordelen van het model noemen de makers:

1. Het model is direct gekoppeld aan het object, er wordt niet gevlucht in analogieën die

overduidelijk geen werkelijkheidswaarde hebben;

2. Stroom wordt voorgesteld als bewegende elektronen die van de minpool naar de

pluspool lopen, dit heeft een hoge werkelijksheidswaarde;

3. Spanning wordt voorgesteld als verschil in elektronendruk;

4. Het feit dat veranderingen in de schakeling niet alleen lokaal invloed hebben valt beter

te begrijpen;

5. Het raadsel hoe elektronen kunnen ‘weten’ hoeveel energie ze moeten afstaan bij een

lampje, als er daarna nog een komt, is beter te begrijpen als het gevolg van lokale

verschillen in elektronendruk;

6. Een batterij wordt niet langer gezien als een ‘gever’ van energie aan de elektronen,

maar als een pomp die in staat is een constant verschil in elektronendruk (of

ladingsdichtheid) te handhaven.

Een erkend nadeel van dit model is dat leerlingen het foutieve idee zouden kunnen krijgen dat

lading wordt ‘opgebruikt’ in de stroomkring, omdat je er rechts meer van ziet dan links. De

bewegende beelden van de dynamische simulatie moeten helpen om zulke misconcepten te

voorkomen.

Opdracht VII-4.2: Formuleer een reactie.

NASK Opdracht VII


VII – 4.3 Electric Pressure”

In het CASTLE project wordt uitgegaan van vrijwel hetzelfde model van ladingsdichtheid en

elektronendruk, alleen wordt hier nog een belangrijke versimpeling doorgevoerd: er wordt

niet gesproken over elektronen, maar lading wordt behandeld als een continue, compressibele

vloeistof. Evenzeer als in het Amsterdamse model wordt hier een verandering nagestreefd in

de wijze waarop leerlingen zich elektrische stromen voorstellen. Het simpele model dat

leerlingen zich spontaan vormen luidt ongeveer als volgt:

Sluit batterij aan ! lading beweegt door het lampje ! lampje licht op.

Dit model zou moeten worden vervangen door een meer subtiel begrip, als volgt:

Sluit batterij aan ! lading wordt verplaatst ! er ontstaat elektrische druk over het lampje !

lading wordt door het lampje geduwd ! lampje licht op.

In het CASTLE materiaal wordt veel met condensatoren gewerkt om de ladingsopbouw te

vertragen en zichtbaar te maken. Ze gebruiken ook een leuke ampèremeter: een kompas!

In bijlage 4 is een pleidooi (uit het CASTLE project) voor het uitleggen van spanning als

“elektrische druk”, in plaats van als “zoveel energie per coulomb”.

Opdracht VII-4.3: Lees deze bijlage en formuleer een reactie.

VII – 5. Gedrag van schakelingen

In vraag 13 van de begripstoets (zie eerder) kwam al het redeneren over schakelingen aan de

orde. Hierbij gaat het om de vaardigheid om uitspraken te doen over het gedrag van

schakelingen zonder daarbij al te zwaar op formules te leunen.

VII – 5.1 Simpele schakelingen

Als bijlage 5 zijn 2 bladzijden overgenomen uit een Engels werkboek over elektriciteit voor

de 3e klas. Er komen diodes en variabele weerstanden in voor, en ook zijn de symbolen voor

lampjes en weerstanden niet zoals wij gewend zijn. Waar het echter om gaat is dat er

honderden vragen te bedenken zijn over de meest eenvoudige schakelingen zonder dat er

gerekend hoeft te worden.

Opdracht VII-5.1: Bekijk de opgaven, maak er zelf een paar, en ga na in hoeverre dit soort

vragen ook in je eigen lesmethode terug te vinden is.

NASK Opdracht VII


VII – 5.2 Vier identieke lampjes

De volgende opgave komt uit een eindexamen IB Physics Standard Level, 1999. Het niveau

van Physics SL is te vergelijken met HAVO. Ook hier moet geredeneerd worden zonder dat

er om berekeningen wordt gevraagd.

Opdracht VII-5.2:

1. Ga er eerst vanuit dat de lampjes een constante weerstand hebben. Rangschik de

lampjes op felheid en geef je redenering.

2. De lampjes zijn echter geen Ohmse weerstanden. Als ze heet worden neemt hun

weerstand toe. Wat voor effect heeft dit op het gedrag van de lampjes in de schakeling

hierboven?

3. Wat wijst de voltmeter bij lampje D aan? Wat gebeurt er met deze waarde als lampje

D doorbrandt?

Succes met de beantwoording van de vragen!

VII – 5.3 Schakeling in een zwarte doos

Een practicum activiteit voor leerlingen waar weinig aan kapot kan gaan is het uitvogelen van

de schakeling die in een doos verborgen is. Uit de doos steken alleen de lampjes die met

elkaar verbonden zijn. De vraag is: staan ze in serie, of parallel? En hoe dan? Doosjes met

drie lampjes zijn leuk om mee te beginnen. Als de leerlingen het spelletje doorhebben zijn 4

of 5 lampjes ook geen probleem meer.

Opdracht VII-5.3: Wat leren leerlingen van deze activiteit?

VII – 5.4 En als er dan toch gerekend moet worden…

Bijlage 6 bestaat uit een werkblad voor leerlingen in de 3e klas die net U=IR hebben geleerd

en hiermee aan de slag moeten. In dit werkblad wordt met opzet deductief gewerkt: eerst

passen de leerlingen zelf de theorie toe, en daarna meten ze wat er “echt” gebeurt. Vervolgens

schrijven ze een conclusie over de relatie tussen theorie en experiment.

Opdracht VII-5.4: Vergelijk deze werkwijze met je eigen practicum in de 3e klas.

(Schakelingen zijn onder andere handig te tekenen met het programma Crocodile Clips 2.0,

gedownload van het volgende internetadres: http://www.circuitsonline.f2s.com/download/.

Via kopiëren en plakken belandt de schakeling zonder problemen in een tekst document. )

A

B

C

D

NASK Opdracht VII


Bijlage VII – 2

Begripstest elektriciteit (papierversie van een elektronische toets)

Deze toets is een bewerking van een al langer bestaande toets die bij DBK

werd / wordt gebruikt aan het begin van de vierde klas.

1. In welke van de afgebeelde schakelingen zal het lampje branden?

Vink alle goede antwoorden aan.

! A

! B

! C

! D

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

waar?

! Het lampje verbruikt alle lading die er doorheen stroomt.

! Het lampje verbruikt een deel van de lading die er doorheen stroomt.

! Het lampje verbruikt geen enkele lading.

3. Hieronder staan enkele zinnen over elektrische spanning en elektrische

stroom. Welke uitspraak is correct?

! Elektrische spanning en elektrische stroom komen altijd samen voor.

! Het menselijk lichaam kan geen spanningen van 10 000 V verdragen.

! Elektrische stroom kan nooit zonder een elektrische spanning

voorkomen.

! Een kleine elektrische spanning kan een grote elektrische stroom

leveren.

NASK Opdracht VII


4. Je ziet hier een lampje door twee draden verbonden met een batterij. Het

lampje brandt. In de witte draad stroomt lading in de richting van het

lampje.

Vink het juiste antwoord aan.

! In de zwarte draad stroomt geen lading.

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

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

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

! De stroomsterkte in de zwarte draad is het zelfde als de

stroomsterkte in de witte draad.

! De stroomsterkte in de zwarte draad is kleiner dan in de witte draad,

maar niet nul.

! De stroomsterkte in de zwarte draad is nul.

6. Bekijk de schakeling. Alle lampjes zijn gelijk. Eén zo'n lampje brandt

bij een spanning van 2V met normale felheid.

Lampje X brandt...

! normaal

! bijzonder fel

! zwak

! helemaal niet

NASK Opdracht VII




Lampje X brandt...

! normaal

! bijzonder fel

! zwak

! helemaal niet



Lampje X brandt...

! normaal

! bijzonder fel

! zwak

! helemaal niet

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

Vink het goede antwoord aan.

! Alle lampjes branden even fel.

! Lampje 5 brandt het felst.

! Lampje 1 brandt het felst.

NASK Opdracht VII


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

en 4?

! 1 en 2: 6 V

2 en 3: 6 V

3 en 4: 6 V

! 1 en 2: 6 V

2 en 3: 6 V

3 en 4: 0 V

! 1 en 2: 0 V

2 en 3: 6 V

3 en 4: 0 V

! 1 en 2: 0 V

2 en 3: 0 V

3 en 4: 0 V

11. In de schakeling van vraag 10 wordt een tweede (identiek) lampje

geplaatst.

Hoe verandert nu de spanning tussen punten 1, 2, 3 en 4?

Vink het juiste antwoord aan.

! De spanning tussen 1 en 2 neemt af.



! De totale spanning neemt af.

12. De lampjes in deze stroomkring zijn alle gelijk. De batterij levert een

stroomsterkte van 1,2 A.

Hoe groot is de stroomsterkte door ieder lampje?

NASK Opdracht VII


! allemaal 0,4 A

! allemaal 1,2 A

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

! onderste 1,2 A, bovenste twee ieder 0,6 A

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

spanningsbron.

In welke schakeling brandt het lampje het felst?

! In schakeling A

! In schakeling B

! In schakeling C

! Het maakt niet uit

14. De schakeling toont een batterij, een weerstand, een lampje en een

schakelaar. Het lampje brandt.

Wat gebeurt er als de schakelaar wordt ingedrukt?

! Niets.

! Het lampje gaat uit.

! Het lampje gaat zwakker branden.

! Het lampje gaat feller branden.

NASK Opdracht VII


Bijlage VII – 5

Stroomsterkte en spanning voorspellen en meten

Bij de volgende metingen mag je iedere spanning gebruiken die je wilt (0-15V). Zet de

spanningsbron op een bepaalde waarde, maar houd deze waarde verder wel aan.

Deze oefening heeft twee doelen:

I. Oefenen in het gebruik van voltmeters en ampèremeters;

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

Schakeling 1

Meet de spanning over de 180 " weerstand: Ugemeten = ______________ V

Voorspel de stroomsterkte in de 180 " weerstand:

AV

R

UIvoorspeld ...................

180

.................=

!==

Meet nu de stroomsterkte met een ampèremeter: Igemeten = _______________A

CONCLUSIE:

180 "

NASK Opdracht VII


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

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

Schakeling 2

Meet de stroomsterkte in de kring:

Igemeten = _______________ A

Voorspel de spanning over de 180 " weerstand:

VRIUvoorspeld ..............180.......... =!"="=

Meet nu de spanning over de 180 " weerstand: Ugemeten = ________________ V

CONCLUSIE:

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

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

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

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

Meet de totale spanning over beide weerstanden: Utotaal = _____________ V

180 "

Rx

NASK Opdracht VII


Voorspel de spanning over de weerstand Rx: Ux,voorspeld = _______________ V

Meet nu de spanning over Rx: Ux,gemeten = _______________ V

CONCLUSIE:

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

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

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

Schakeling 3

A

Meet de stroomsterkte op punt A: I = ________________ A

Meet de spanning van de bron: U = ________________ V

Voorspel de stroomsterkte in de 180 " weerstand:

AV

R

UIvoorspeld ...................

180

.................=

!==

Meet nu de stroomsterkte in de 180 " weerstand: Igemeten= __________________ A

180 " Rx

NASK Opdracht VII


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

AV

R

UI

x

voorspeld ................................

.................=

!==

Meet nu de stroomsterkte in Rx met een ampèremeter: Igemeten = __________________ A

CONCLUSIE:

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

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

NASK Opdracht VII


NASK Opdracht VIII

Frans Arnold Pagina 1 01-09-2005

VIII. SCHEIKUNDE: VERDWIJNEN EN ONTSTAAN

VIII – 1. De opzet

Het eerste inhoudelijke domein B van de kerndoelen gaat over scheikunde. Het is niet zonder

betekenis, dat het domein heet: Stoffen en materialen in huis. Maar sterker dan bij de

natuurkundige onderwerpen brengt de gekozen context beperkingen met zich mee. Immers, de

wetmatigheden en "sfeer" van natuurkundige onderwerpen als mechanica en elektriciteit

hoeven door de keuze van een context uit het dagelijkse leven niet wezenlijk te verschillen

van die uit de "echte" natuurkunde. Maar bij de chemie ligt dat anders. Weliswaar is het

hechten van verfstoffen aan haar, al dan niet via hulpstoffen, een chemisch proces, maar dat

kun je niet waarnemen, je moet het concluderen.

We zullen daarom wel kijken naar de scheikunde in onze leerboeken, maar het onderwerp

uitbreiden met enkele proeven waarbij evident sprake is van scheikunde, namelijk van

verdwijnen en ontstaan.

VIII – 2. Scheikunde in huis, leerlingdenkbeelden

Opdracht VIII-2.1:Bekijk de kerndoelen domein B. Welke concepten mis je, als je denkt aan

onderwijs voor leerlingen, die na klas 3 wèl, en aan leerlingen die daarna

niet exact gaan?

Opdracht VIII-2.2:Leg ook verband met domein H, Stoffen en scheikundige reacties.

Opdracht VIII-2.3:Bestudeer van “Children’s Ideas”Hoofdstuk 8. Bespreek met medelio’s en

docenten. Heeft deze studie nog invloed op jouw antwoorden op de vorige

vragen?

VIII – 3. Mengen, wrijven en soepbordchemie

Bij de behandeling van schoonmaakmiddelen komen meestal heel kort de begrippen zuur en

base aan de orde. Daarbij worden ook indicatoren gebruikt.

Het is opmerkelijk, dat veel leerlingen hierbij niet op de idee komen dat we te maken hebben

met een chemische reactie; er wordt gewoon iets aangetoond!

Dat wordt anders als we oplossingen met indicator, bijvoorbeeld base met fenolthaleïen laten

reageren met zuur. Maar als we de proef in omgekeerde volgorde uitvoeren is het alweer de

vraag of alle leerlingen er een reactie in zien.

Er zijn genoeg proeven die onmiskenbaar chemische reacties zijn. Kenmerkend is daarvoor,

dat evident sprake is van verdwijnen en ontstaan: er gebeurt iets geks.

Twee voorbeelden

I. In Natuur- en scheikunde voor de basisvorming van de BAVO-werkgroep komt de

volgende proef voor (de benodigdheden staan klaar):

A. Je gaat straks suikerpoeder in een mortier met stamper samenwrijven met blauwvitriool.

Voorspel wat je zult waarnemen, voer vervolgens uit.

Klopt je voorspelling.

NASK Opdracht VIII

Frans Arnold Pagina 2 01-09-2005

B. Dan ga je zwavelpoeder wrijven met blauwvitriool. Voorspel, voer uit. Klopt het?

C. Tenslotte wrijf je sulfidepoeder met blauwvitriool. Voorspel, voer uit. Klopt het?

II. De vakdidacticus Dr. Wobbe de Vos (jullie bekend van de bradito's en grabollen) heeft in

de lesmethode "Chemie in 1000 vragen", die helaas beperkt is gebleven tot de derde klas,

het begrip soepbordchemie ingevoerd. Het is inderdaad scheikunde die in soepborden of

kleinere schoteltjes kan worden uitgevoerd, maar petrischalen zijn zeker zo handig, vooral

omdat je dan gebruik kunt maken van verschillend gekleurde ondergrond.

Het komt erop neer, dat op de bodem van een schaaltje een dun laagje water wordt

aangebracht; vervolgens worden dan aan twee zijden korreltjes van stoffen gebracht, die

met elkaar kunnen reageren. Min of meer in het midden is dan reactie zichtbaar in de

vorm van een neerslag, dat bij voorkeur een andere kleur heeft dan de reagentia, of van

gasbelletjes.

Opdracht VIII-3.1: Voer de wrijfproeven uit. Vind je de geur een bezwaar? Verzin eventueel

een alternatief.

Opdracht VIII-3.2: Maak zowel voor de wrijfproeven als voor de soepbordproeven een tabel

van allerlei combinaties van reagentia, diedaarvoor geschikt zijn. .Laat je

inspireren door de kerndoelen maar gebruik ook je eigen fantasie en

eventueel BINAS.

Opdracht VIII-3.3: Maak een werkblad voor leerlingproeven wrijven of soepbordchemie.

Opdracht VIII-3.4: Wat wil je dat leerlingen aan deze proeven overhouden?

VIII – 4. Synthese

Opdracht VIII-4.1: Wijs heel precies aan waar in “jouw”leerboek de scheikunde voor de

leerlingen zichtbaar kan worden. Vermeld zonodig ook wat jij zou

ondernemen om die zichtbaarheid te verhogen.

Opdracht VIII-4.2: Controleer de uitvoerbaarheid, duidelijkheid en didaktische functie van

het practicum in “jouw” leerboek. Commentaar?

Opdracht VIII-4.3: Hoe zou jij de wrijf- en soepbordproeven in “jouw”methode gebruiken?

Documents

NATUUR- EN SCHEIKUNDE VOOR DE ONDERBOUW · chemie? Chemici, hoe staat het met jullie natuurkunde? ... leerlingen die naar 4 HAVO of 4 VWO gaan instappen op het niveau dat nodig is