Dit is de docentenhandleiding bij het thema watertransport door de plant. In deze handleiding tref je achtereenvolgens aan:

Transcriptie

1 docentenhandleiding Dit is de docentenhandleiding bij het thema watertransport door de plant. In deze handleiding tref je achtereenvolgens aan: - inleiding: korte uitleg van het thema - lesopzet: uitleg over het werkplan bij de lessen onderverdeeld in o confrontatie o verkennen o resultaat confrontatie/verkennen o experiment opzet en uitvoering o communicatie Gedurende de opbouw van de lessen sluipt langzaam het gebruik van ict in de werkvormen. Het gebruik van ict levert een zinvolle bijdrage omdat het op een relatieve eenvoudige wijze anders lastig te demonstreren zaken waarneembaar maakt. Veel succes. En bovenal: veel plezier! 1

2 inleiding Water is vanzelfsprekend. Een plant is vanzelfsprekend. Of niet? Eigenlijk zijn beide van levensbelang voor ons. Zonder drinken gaan we dood. En zonder planten ook. Immers, het zijn vooral planten die in staat zijn zelf energie op te vangen. En op te slaan. En ervan te groeien en te bloeien. Wij eten die planten op. En dat geeft ons energie en bouwstoffen. Planten slaan energie op in suikers middels een proces dat we fotosynthese noemen. Daar heeft de plant koolstofdioxide uit de lucht bij nodig. En water. Een klein beetje maar, misschien nog geen procent van de totale wateropname. Fotosynthese vindt vooral plaats in de bladeren van de plant. En die zitten met name op de hogere plekken in de plant. Om daar te komen gebruikt een plant water. Heel veel water. Misschien wel meer dan 90% van de totale wateropname door de plant. En daarmee is water heel belangrijk voor een plant. Tijd om je eens te verwonderen over het water in de plant. Bij dit thema tref je een aantal werkbladen aan. Aan de hand van deze werkbladen kunnen de leerlingen in groepjes hun experimenten doen. Het eerste werkblad kan het beste door alle groepjes gedaan worden. De volgende werkbladen worden door de verschillende groepjes gedaan en de resultaten worden aan elkaar gerapporteerd. Op deze manier ontstaat dan een totaalbeeld van het watertransport door de plant. Het is aan te raden om de proefjes eerst zelf eens te doen. Gewoon om het materiaal eens in je handen te hebben en om een idee te krijgen van de benodigde tijd. Op de werkbladen binnen het thema watertransport door de plant tref je een aantal experimenten aan.dit zijn allen eenvoudige proeven die je in een wat uitgebreidere of aangepaste vorm waarschijnlijk terug zult vinden in lesboeken van het VO. De eenvoudige opzet maakt het mogelijk snel inzicht te krijgen in het watertransport door de plant. En watertransport lijkt zo eenvoudig, maar is het dat wel? Ook bomen hoger dan 100 meter krijgen hun water voornamelijk vanuit de wortels aangeleverd. Dat is een lange weg om te gaan. Omhoog. 2

3 lesopzet De lesopbouw is al volgt: een introductie/confrontatie die vragen oproept over het onderwerp. Vervolgens het verkennen van het onderwerp naar aanleiding van vragen die in de confrontatie naar voren komen. Het resultaat van deze twee stappen is dat de leerlingen onderzoeksvragen formuleren met betrekking tot het onderwerp. Dit leidt tot het opzetten en uitvoeren van experimenten. De resultaten worden aan elkaar gerapporteerd en dit zou kunnen leiden tot vervolgvragen en experimenten. Een afronding van het thema kan ook worden gezocht in een presentatie. Dit alles vraagt om een rol van de leerkracht als voorzitter met enige kennis van zaken. Indien de leerkracht enigszins bekend is met de materie en met de materiaalmogelijkheden is het leuk om de leerlingen zelf experimenten te laten bedenken en te laten uitvoeren. Je hebt dan vooral een faciliterende rol en denkt actief mee over de haalbaarheid en de zin van een experiment (wat wil je nu precies onderzoeken? wat is het doel? lost het experiment de vraag precies op? Zo nee, wat zou je nog meer moeten onderzoeken?) De werkbladen bieden een omvattend geheel rond het thema. Vragen die de confrontatie bij hen oproept worden grotendeels beantwoord als ze de opdrachten op de werkbladen uitvoeren. Zeker als je zelf minder bekend bent met de mogelijkheden van allerhande proefjes rond dit thema is het aan te raden de werkbladen te gebruiken. Al lezende zul je zien dat de leerlingen vooral veel zelf moeten uitvoeren. Jouw taak is veelal een begeleidende en faciliterende. Misschien is dat een andere rol dan je gewend bent. De docentenhandleiding is daarom vrij uitgebreid opgezet. We hopen dat veel zaken waar je als begeleider tegen aan kunt lopen aldus ondervangen worden. Desalniettemin zijn aanvullingen en suggesties van harte welkom. confrontatie Op een tafel staan de volgende zaken: kopje met pas gekookt water glazen bak gevuld met water en met capillairen van verschillende diameter in water gehangen glas water tot de rand gevuld, zodanig dat het water een bolvorm krijgt die boven het glas uitkomt glas water, tot de helft gevuld een vol glas water met een stevig velletje papier of bierviltje een plant spaghetti of suikerklontjes Grote vraag aan de leerlingen is om het verband tussen al deze dingen aan te geven. Bijvoorbeeld door het in bepaalde volgorde te zetten of door eerst eens te benoemen wat er allemaal te zien valt. Een mogelijke volgorde: 1. de plant 3

4 2. alle voorwerpen met water 3. de spaghetti of de suiker De plant heeft water nodig. Spaghetti is bekend als een supersnelle energieleverancier voor ons lichaam en is gemaakt van planten. Voor de plant om te volgroeien is het essentieel om zijn eigen energie aan te maken middels fotosynthese. Dit is iets wat mensen absoluut niet zelf kunnen! Water is voor de plant noodzakelijk om zijn ding te kunnen doen. In een woordweb kan worden ingegaan op de functies van water in de plant. Bij een goedgevuld web laat je in percentages aangeven hoeveel het genoemde kenmerk deel uitmaakt van het totaal door de plant opgenomen water (stevigheid, verkoeling, fotosynthese, transport mineralen, verdamping, nodig bij chemische processen in plant, nodig voor opname koolstofdioxide- de uitwisseling van dit gas vanuit de lucht naar de plantencel vindt plaats over een vliesje van water). Het water in al zijn vormen dat op tafel staat demonstreert een aantal eigenschappen van water. Als water warm wordt verdampt het; waterdeeltjes kleven aan elkaar. Dat noemen we cohesie. Te zien aan de bolvorm van water op een overvol glas. Ook een vol glas water met een bierviltje erop kun je omdraaien en dan blijft het water in het glas; Waterdeeltjes kleven ook aan andere materialen. Dit noemen we adhesie. Te zien aan een half gevuld glas met water. Als je goed kijkt zie je dat het water aan de randen een beetje hoger staat dan in het midden van het glas; De capillairen laten zien dat in buisjes met een dunne diameter het water hoger stijgt dan in buisjes met een grotere diameter. Hier speelt een combinatie van cohesie en adhesie. Planten halen hun water met name uit de bodem en op een of andere wijze moet het omhoog naar de bladeren, omdat daar de fotosynthese grotendeels plaatsvindt (en omdat het water de bladeren beschermt bij hele hoge temperaturen bijvoorbeeld zorgt het voor verkoeling). Leerlingen kunnen brainstormen over dit principe. Aangezien de capillairtjes op tafel staan komen ze wellicht op capillaire krachten uit. Maar wat heeft die waterdamp er dan mee te maken? Het water hoeft niet per se te koken om te verdampen. Nu kun je werkblad 1 aankondigen. Met de proef op het werkblad laat je zien dat water verdampt, maar ook dat water met een plantenblad erbij sneller verdwijnt (grotendeels door verdamping). Bovendien toon je een verschil aan tussen de boven-en onderzijde van het blad. Het doen van het experiment op werkblad 1 roept dan vast meerdere onderzoeksvragen op. 4

5 verkennen Verdeel de klas in kleine groepjes. Ieder groepje voert de proef van werkblad 1 uit. Het is belangrijk om met meerdere groepjes te werken omdat voor een goed resultaat de uitkomsten van de groepjes gemiddeld moeten worden. Ieder groepje rapporteert zijn resultaten en middelt deze met de resultaten van de andere groepjes en besteed aandacht aan de vragen die zij nog hebben n.a.v. deze proef (is het water in de plant nu ook verdampt? waarom treedt er een verschil op tussen boven en onderzijde van het blad? waarom bestaan er zulke verschillende resultaten tussen de groepjes onderling?) extra verkenning: gedurende de week dat het experiment loopt kunnen leerlingen die dat willen proberen een opstelling te maken waarin door capillaire krachten een waterkolom ontstaat. Hoe hoog kunnen ze die kolom maken? En hoe hoog kan zo n kolom in het echt maximaal worden? Dat laatste is op te zoeken. En kan ook gerapporteerd worden. Het antwoord geeft in ieder geval stof tot nadenken, want 120 meter, de gemiddelde hoogte van de hoogst bekende bomen, wordt zeker niet gehaald. Hoe komt dat water daar dan zo hoog? resultaat confrontatie/verkennen Over de resultaten van werkblad 1 en eventueel de capillairopstelling brainstormen. Ook de resultaten bespreken. Het is duidelijk dat de plant iets met water doet. Maar welke vragen roept dat nu op? De bedoeling is dat leerlingen in een geleid gesprek komen tot het formuleren van onderzoeksvragen. Een onderzoeksvraag formuleren is niet eenvoudig. Er hoort ook een duidelijk idee bij van wat je moet weten om de vraag te beantwoorden. En dus ook eventueel de proeven die je daarbij kunt doen. Mocht je de leerlingen vrij willen laten in het maken van een vraag en het opzetten van een proef vraag je dan steeds samen met de leerlingen af: - beantwoord deze vraag precies wat we willen weten? - zijn de resultaten van de proef die hoort bij de vraag duidelijk genoeg om onze vraag te beantwoorden? Zo nee, wat zou je nog meer moeten meten? Of: moeten we onderzoeksvraag nog compacter maken? Als begeleider kun je de onderzoeksvraag ook een beetje sturen. Hieronder staan een aantal richtingen aangegeven. Daarbij een summiere uitleg en ook welk werkblad gebruikt wordt voor het oplossen van de vraagstelling. - hoe komt het water helemaal tot boven in een hoge boom? waar gaat water er in? Waar er weer uit? Wat gebeurt er tussenin? Een kleine uitleg over de plantenfysiologie volstaat hier. Het water komt de plant in via de wortels. Het verdampt bij de bladeren. Je kunt je voorstellen dat het waterdeeltje als het verdampt het achterliggende waterdeeltje een stukje meetrekt. En het daarachter liggende waterdeeltje wordt dan ook meegetrokken want er bestaat immers 5

6 cohesie tussen de waterdeeltjes. Zo schuift het water steeds een stukje op naar boven. Dus het laatste waterdeeltje in het blad trekt de rest van water middels de cohesie omhoog. Dit wordt ook wel de cohesie-trektheorie genoemd. De verdamping van het water speelt een heel belangrijke rol in de plant. Op haar weg naar boven neemt ze ook mineralen mee uit de bodem. Zie werkblad 2 - er lijkt een verschil tussen bovenkant en onderkant van plantenblad. Is dat ook zo? Wat is het verschil? Waarom is er een verschil? Bij veel planten meet je inderdaad een verschil in water dat de plant verlaat. Dit heeft alles te maken met de huidmondjes op het blad (zie hierboven de plant in het kort ). In de proef van experiment 1 komt een verschil al naar voren. Met werkblad 2 kun je het nog inzichtelijker maken. - hoeveel water drinkt een plant? Drinkt ie soms snel en soms langzaam? Waar hangt dat van af? Onder verschillende omstandigheden zal een plant meer of minder water opnemen. Samen met de leerlingen kun je er vast een aantal bedenken. Werkblad 3 demonstreert de drinksnelheid. Ook krijg je hier de mogelijkheid extra rekenopgaven te maken. Voor de enthousiaste rekenaar een uitdaging wellicht. Zeker omdat je daarmee een verrassend beeld vormt over de drink -snelheid van een plant. - Hoeveel water verlaat een plant? Waarom soms snel en soms langzaam? Ook hier kun je stellen dat er omstandigheden zijn dat water een plant snel verlaat en soms minder snel. Het wonderlijke is dat er een punt komt waarop de verdamping door de plant hoger is dan de wateropname (bijvoorbeeld als het lange tijd droog is geweest en er een extreem hete dag is). Op dat moment sluit de plant haar huidmondjes en verdampt er dus veel minder. Kom je op deze vraag, gebruik dan werkblad 4. Dit is een experiment waarbij de computer gebruikt wordt. - wat is fotosynthese nu eigenlijk? wat heb je er voor nodig? is er nou veel water voor nodig of juist weinig? Er is heel weinig water nodig voor de fotosynthese. Geschat wordt dat ongeveer 1% van de totale wateropname gebruikt wordt bij het proces van fotosynthese. Het proces zelf is een van de voorwaarden voor ons bestaan. Het is wel een ingewikkeld proces. Een verkennende proef is als werkblad bijgevoegd, maar wellicht te abstract. Aangezien het een beetje los gezien kan worden van het transport van water kun je er ook voor kiezen dit werkblad te laten voor wat het is. Maar het onderwerp water krijgt er wel extra betekenis door. Fotosynthese is essentieel voor het leven op aarde. En er is water bij nodig! Wat is fotosynthese? Het proces waarbij koolstofdioxide en water met behulp van zonlicht worden omgezet in suikers (energie). Bij dit proces komt zuurstof vrij en water. 6

7 Waar water de plant dus ingaat en eigenlijk ook weer verlaat, kun je van koolstofdioxide (CO2) zeggen dat het de plant wel ingaat, maar dat het er niet uitkomt. Wel komt er zuurstof (O2) uit. Je kunt aanvoelen dat die twee iets met elkaar te maken hebben. Bovendien kun je de uitstoot van O2 of de afname van CO2 meten. Daarmee kun je een begin maken van begrip voor fotosynthese. C (koolstof) verdwijnt dus ogenschijnlijk. Maar die koolstof is ook een van de belangrijkste bouwstoffen voor de plant. Neem bijvoorbeeld het grafiet van een potlood. Dat is gemaakt koolstof (vaak verkoolde jonge takken van snelgroeiende bomen zoals wilg) en demonstreert dus hoe iets dat in de lucht zit tot een vast product verwordt. - Als een plant zo weinig water gebruikt voor de fotosynthese, waar gaat die enorme bulk water dan naartoe? Het antwoord op deze vraag is wellicht een beetje ontmoedigend. Het overgrote deel van het water verdampt en verlaat aldus de plant (zo n 90% van het opgenomen water). Maar op weg naar het verdampen neemt het water mineralen uit de bodem, zorgt het voor stevigheid van de plant en staat het ook hier en daar wat af voor allerhande processen in de plantencellen. Met werkblad 3 is dit het best duidelijk te maken. Voor al deze vragen geldt dat de leerlingen zelf proberen een onderzoeksvraag te formuleren. De rol van de leerkracht is vooral een begeleidende. Laat zien dat een onderzoeksvraag slechts een klein deel van een veelomvattende vraag is. Bij een onderzoeksvraag hoort ook een idee te ontstaan hoe deze vraag op te lossen. En erg belangrijk is ook dat leerlingen nadenken over de uitkomst van een proef. Wat denk je dat er gaat gebeuren? Wat voor resultaat verwacht je? Als een echte onderzoeker is het belangrijk om een logboek bij te houden. In het logboek staan deze onderzoeksvragen opgeschreven. En de verwachte uitkomsten. En natuurlijk de uiteindelijke uitkomsten. In een logboek staan ook de handelingen die zijn uitgevoerd op bepaalde dagen of in verschillende fases van het experiment (bijvoorbeeld zoveel water bijgevoegd op dag 2 aan reageerbuis A ). Een logboek is daarmee ook een handig instrument om na te lezen hoe de leerlingen gewerkt hebben. En voor de leerlingen zelf is het handig bij het voorbereiden van een presentatie. experiment opzet en uitvoering In de docentenhandleidingen per werkblad geven we aan wat je nodig hebt voor het uitvoeren van de proeven. Ook staat er waar je op kunt letten, alsmede opmerkingen voor het beantwoorden van de vragen. Het experiment van werkblad 1 kan het beste door alle groepjes worden uitgevoerd. Het resultaat kan dan worden gemiddeld en dat is veel betrouwbaarder. Bovendien is het een eerste verkenning. Laat eerst ieder groepje zijn eigen resultaat berekenen en daarna pas de gemiddeldes. 7

8 communicatie de groepjes zijn klaar met hun experimenten. Iedereen heeft een stukje informatie over het transport van water door de plant. Nu is het de bedoeling om daar een geheel plaatje van te maken. Als inleiding daartoe zou je nog kunnen terugkoppelen naar de eerste les. Zet de ingrediënten van de eerste les weer op tafel. Probeer de leerlingen te laten samenvatten wat het verband is. Als blijkt dat verschillende groepjes over verschillende dingen iets weten kun je aankondigen dat het nu tijd is om er een geheel van te maken. Ieder groepje krijgt als opdracht om een verslag te maken waarin alle elementen van het watertransport aan de orde komen. Hun eigen onderwerp wordt in dat verslag benadrukt, maar het totaalbeeld moet ook geschetst worden. De meest voor de hand liggende methode is dat de groepjes aan elkaar rapporteren wat hun bevindingen zijn. Onder jouw begeleiding bereiden ze de presentaties voor en rapporteren aan elkaar. Samenvattingen van de presentaties worden op het bord geschreven of opgehangen in de klas zodat er nog op kan worden terug gekeken (of je kiest er juist voor om dat niet te doen en je laat jouw leerlingen zelf samenvattingen maken van de presentatie). Je kunt natuurlijk ook kiezen voor een andere vorm. De groepjes elkaar laten interviewen bijvoorbeeld. Een maquette van een plant maken is ook een werkvorm waarin ieder groepje eerst moet duidelijk maken aan elkaar wat zij te weten is gekomen m.b.v. hun werkblad. Bedenk samen met leerlingen wat je wilt laten zien en hoe je dat laat zien. Laat de leerlingen voor een heldere uitleg zorgen bij de verschillende onderdelen van de maquette. Op een centrale plek in de klas kunnen de leerlingen dan hun ouders/verzorgers wijzer maken. En zo heeft de maquette dan nog een extra presentatiefunctie. Ter overweging: capillairtjes in de eerste les heb je wellicht de capillairtjes laten zien. Misschien hebben een aantal leerlingen een opstelling gemaakt met een zo hoog mogelijke waterkolom d.m.v. capillaire krachten. Bij een capillair moet lucht aanwezig zijn boven de opening. Gebeurt dit bij een plant dan zakt de hele waterkolom in elkaar. Misschien nog iets om te onderzoeken? 8