Bij de beschrijving van de kerncomponent technisch systeem komen de termen scheikundig en biologisch expliciet voor.

Transcriptie

1 TECHNIEK Bichemie, een buitenbeentje in de les techniek? Uit de vele cntacten met de leraren techniek, tijdens naschlingen f p het werkveld, blijkt dat het niet eenvudig is m geschikte prjecten vr het tepassingsgebied bichemie te vinden. Er wrden nchtans heel wat inspanningen gedaan p dit vlak. Via naschlingen wrdt intens gezcht naar haalbare prjecten. Tch blijft het vr veel leraren een tepassingsgebied waarmee ze niet vertruwd zijn. De kijkwijzer, die we hier in dit artikel vrstellen, is ntwikkeld met de grep begeleiders techniek uit alle dicesen en dit in verleg met de stafmedewerker vr techniek en via aansturing dr de studiegebiedverantwrdelijke vr wetenschappen. Deze kijkwijzer kan een hulpmiddel zijn m af te tetsen f de realisaties binnen het tepassingsgebied het resultaat zijn van een bichemisch prces, zals het in het leerplan is bedeld. Bij heel wat bichemische prcessen zijn er diverse technische systemen, testellen en hulpmiddelen ndzakelijk m deze prcessen gecnditineerd te laten verlpen. Het is net interessant m met de leerlingen deze te cnditineren parameters te laten variëren en te nderzeken welke invled deze verandering heeft p het bichemisch prces. KIJKWIJZER: tepassingsgebied BIOCHEMIE TECHNIEK eerste graad A-strm 1 Inleiding Bij de beschrijving van de kerncmpnent technisch systeem kmen de termen scheikundig en bilgisch expliciet vr. Een technisch systeem is een geheel van elkaar wederzijds beïnvledende elementen en nderdelen die gericht zijn p het bereiken van (een) bepaald(e) del(en). In een technisch systeem kunnen zich natuurkundige, scheikundige f bilgische fenmenen vrden. Om tepassingen te zeken i.v.m. bichemie heeft men in de eerste graad mgelijkheden bij.a. veding, hygiëne, waterzuivering en cmpstering. Veding is altijd van bilgische rsprng. Bij het prduceren, verwerken, bereiden en bewaren van veding krijgt de leraar dikwijls te maken met bichemische fenmenen. Bij bichemische fenmenen grijpen er stfmzettingen plaats in bilgische prducten.

2 Tepassingen waarbij zich geen bichemische fenmenen vrden passen niet in het tepassingsgebied, zelfs als het tepassingen zijn die te maken hebben met veding. Z zijn het maken van fruitsap en fruitbrchettes f het malen van graan geen tepassingen van bichemie mdat hier geen stfmzettingen plaatsvinden. Het dmein van de bichemie is heel uitgebreid en vrij abstract. Genetica, GGO s, enzymen zijn allemaal tepassingen uit de bichemie. De meeste van deze tepassingen kunnen zeker niet aan bd kmen in de eerste graad. Wat kan dan wel aan bd kmen? Om hierp een antwrd te vinden geven we een tweetal criteria m tt een gede selectie vr de eerste graad te kmen. 2 Criterium m nderwerpen bichemie af te bakenen Welk criterium kun je hanteren m te rdelen f we te maken hebben met een bichemische tepassing? Levende rganismen den stfmzettingen. Levende rganismen kunnen plantaardig, dierlijk f micrbilgisch zijn. Vrbeelden van waarneembare veranderingen in levende rganismen: kiemen van een graankrrel, ntwikkelen van mycelium bij beschimmeld brd f tmaat, greien van planten nder invled van ftsynthese. Met stfmzettingen bedelen we structuurveranderingen waarbij mleculen van samenstelling veranderen. In de eerste graad kiezen we vrbeelden waarbij eenvudig waarneembare veranderingen plaatsgrijpen. Vrbeelden van waarneembare veranderingen tijdens de stfmzetting: smaakverandering, kleurverandering, gasntwikkeling (belletjes, geur, ntstaan van bigas), waarneembare energiemzettingen (bv. warmte die vrijkmt tijdens het cmpsteren). Preven met gist Cmpstvat als technisch systeem 2

3 In het leerplan natuurwetenschappen (2010/001) in de 1ste graad A-strm zijn een aantal leerplandelstellingen pgenmen die slaan p zwel waarneembare stfmzettingen als p levende rganismen. 3 Onderscheid tussen wetenschap en techniek Wetenschap en techniek zijn een twee-eenheid. In het tepassingsgebied bichemie hebben we vaak te maken met aspecten uit het vak natuurwetenschappen. In het vak natuurwetenschappen hanteert de leraar tijdens het bestuderen van de natuur (zwel levende als niet-levende) vaak aspecten van het technisch prces. Denken we maar aan het maken van een prefpstelling en het hanteren van meettestellen en apparaten. Techniek in het vak natuurwetenschappen is geen del p zich, maar wel ndzakelijk bij het hanteren van de wetenschappelijke methde. In het vak techniek zal de leraar tijdens het hanteren van het technisch prces vaak aspecten van wetenschap ndig hebben. Z zal hij bv. wetenschappelijke kennis hanteren m iets te maken f vert hij een nderzekje uit vraleer ver te gaan naar het ntwerp. Wetenschappelijke kennis in het vak techniek is geen del p zich, maar is sms wel eens ndzakelijk bij het bedenken van technische plssingen. Wetenschap Techniek Dr het hanteren van de wetenschappelijke methde prbeert de mens p een systematische manier kennis te verwerven ver zijn mgeving (wereld, mens, maatschappij ). Naargelang de cntext spreek je van natuurwetenschappen, menswetenschappen, ecnmische wetenschappen De wetenschappelijke methde: - nderzeksvraag, - hypthese, - nderzek, - hypthese bevestigen, bijstellen f verwerpen. Tijdens het nderzek kmen aspecten van het technisch prces aan bd. Vrbeelden: - bedenken van een experiment; - maken van een prefpstelling. Tijdens het ntwerpen, maken en evalueren kmen aspecten van de wetenschappelijke methde aan bd. Vrbeelden: - wetenschappelijke kennis hanteren tijdens het ntwerp; - een nderzek uitveren m tt een technische plssing te kmen. Dr het hanteren van het technisch prces prbeert de mens p een systematische manier zijn mgeving te beheersen en te veranderen. Naargelang de cntext spreken we van industriële technlgie, bitechnlgie, farmaceutische technlgie, infrmatietechnlgie (ICT) Het technisch prces: - prbleemstelling, - ntwerpen, - maken, - in gebruik nemen, - evalueren.

4 4 Kijkwijzer p basis van de criteria Enkel de prcessen in de grijze cel kunnen als bichemische prcessen mschreven wrden. Smmige van deze prcessen zijn gewenst zals verteren van vedsel, maken van yghurt (bier, wijn), ftsynthese bij het kweken van grenten Andere zijn ngewenst: vedselbederf dr micr-rganismen, ntwikkelen van nkruid, bacteriële infecties Structuurveranderingen waarbij mleculen van samenstelling veranderen (= chemisch = stfmzettingen) Structuurveranderingen waarbij mleculen niet van samenstelling veranderen (= fysisch bv. smelten, kken, cndenseren, uitzetten ) Prcessen waarbij structuurveranderingen ptreden in levende materie Verteren van veding dr.a. enzymen. Cmpsteren dr.a. micrrganismen. Ftsynthese in bladgren. Fermentatie dr micrrganismen. Prcessen waarbij structuurveranderingen ptreden in niet-levende materie Resten van ijzer. Verbranden van hut. Bruisen bij het plssen bruistablet. Smelten van ijs. Uitzetten en inkrimpen van metalen/hut. Uitharden van betn. Vrming van ijskristallen. Oplssen van keukenzut in water. Malen van graan. 5 Veiligheid en hygiëne Aspecten van veiligheid en hygiëne zijn heel belangrijk in het tepassingsgebied bichemie. Z met de leraar rekening huden met de ndige hygiëne als hij vedselbereidingen (bv. bakken van wafels, brd ) uitvert. Omwille van de veiligheid wrdt het kweken van micr-rganismen p de vedingsbdems in de 1ste graad ten stelligste afgeraden. 4

5 Wafels bakken in functie van het gistprces Kaas maken Cnfituur maken 6 Vrbeeld: cnserveren van vedsel 6.1 Prbleemstelling Fruit(sap), grenten, vlees, vis kunnen maar een beperkte tijd vers wrden bewaard. He kunnen we ervr zrgen dat we deze vedingswaren langere tijd kunnen bewaren? Onderzeken waarm we verse prducten maar een beperkte tijd kunnen bewaren en plssingen zeken m verse prducten gedurende een langere tijd te bewaren Onderzeken Als we een halve tmaat, een brdsnede, melk, fruitsap een paar dagen p kamertemperatuur laten staan, nemen we schimmelgrei (tmaat, brd) f smaakverandering (melk, fruitsap) waar. Het nderzeksaspect kan zich tespitsen p randvrwaarden: welke tmaten rtten het snelst? Z zul je zien dat beschadigde tmaten sneller rtten dan niet beschadigde. Rtten, beschimmelen, verzuren, spntane gisting: micr-rganismen (m..) (bacteriën, gist, schimmels) spelen hierbij een belangrijke rl. Pekelen van veding Schimmelvrming Zelf yghurt maken

6 6.1.2 Onderzeken: fruitsap + bakkersgist (vergisting) Waarnemingen: er kmen gasbelletjes vrij smaakverandering. (alchlprductie: suiker wrdt dr gisten mgezet in alchl) Link met natuurwetenschappen eerste graad: stfmzetting (zie nieuw leerplan). Chemische frmules en reactievergelijkingen zijn niet aan de rde in de 1ste graad. Stfmzettingen kun je waarnemen dr kleurverandering, smaakverandering, gasntwikkeling, visuele veranderingen Eventueel verder nderzek: veel - weinig suiker gebruiken. veel suiker (meer dan 40%): geen gisting mgelijk weinig suiker: wel gisting mgelijk link met natuurwetenschappen: wetenschappelijke vaardigheden (zie eindtermen) Veel suiker gebruiken = cnserveringstechniek (m.. kunnen niet leven) gebruik bij cnfituur, snep cnserveringstechniek = knfijten je kunt k veel zut gebruiken (gepekelde prducten) cnserveringstechniek = pekelen Eventuele duiding: gebruik van micr-rganismen bij vedingswaren nemt men fermentatietechniek. Wij gebruiken vele gefermenteerde prducten: bier, wijn, kaas (denk.a. aan schimmelkazen), zuurkl en yghurt. Link met natuurwetenschappen: wetenschap en samenleving (zie nieuw leerplan) Ok bij deegbereiding brd, cmpsteren wrden m.. gebruikt Histrische aspecten: Van ijskelder tt diepvries Steriliseren in grtmederstijd tt het cnservenblik vandaag. 6

7 Dr micr-rganismen (m..) bederven vedingswaren. Een cnserveringstechniek zrgt ervr dat micr-rganismen gedd wrden f niet kunnen verleven. Vrbeelden van cnserveringstechnieken: - Knfijten: micr-rganismen kunnen niet verleven als er zeer veel suiker aanwezig is. Vrbeelden: cnfituur en snep. - Pekelen: micr-rganismen kunnen niet verleven als er heel veel zut aanwezig is. Vrbeelden: gepekelde vis en vlees. - Pasteuriseren, steriliseren: micr-rganismen wrden gedd bij hge temperatuur. Vrbeelden: melk, cnserven. - Diepvriezen: micr-rganismen kunnen niet verleven bij lage temperatuur. Vrbeelden: diepvriesprducten. - Alchl: m.. kunnen niet verleven in alchl. Vrbeelden: cgnac, whisky, ntsmettingsalchl. - Opleggen in azijn (bv. ajuintjes) 6.2 Ontwerpen Bij de bereiding van alchlische dranken mag er geen lucht(zuurstf) aan het gistende mengsel kmen. Wat zal er gebeuren als we gistende fruitsap afsluiten met een deksel? Ontwerp een technisch systeem dat de gasbelletjes vrijlaat en tch het gistende mengsel niet in cntact met de lucht laat kmen. Bestudeer de afbeeldingen van een waterslt en ntwerp zelf een waterslt. Link met natuurwetenschappen: cmmunicerende vaten (basisnderwijs!) Gebruik van een waterslt in technische systemen: de sifn (tilet, lavab, rilrster met waterslt). Opmerking: een sifn dient m (nwelriekende) gassen tegen te huden. Ogenschijnlijk is de werking van een sifn dus verschillend met een waterslt. Dit aspect kan via nderzeksvragen verder uitgediept wrden. Z zrgt een waterslt dat er geen verdruk ntstaat drdat er gasbelletjes kunnen ntsnappen. Bij een sifn is er drgaans geen verdruk.

8 7 Bijkmende suggesties - Bereiding van brd, zuurkl, yghurt, kaas. - Cmpsteren: maken van een cmpstbak, vlgen van het temperatuursverlp in een cmpsterend mengsel. - Bigas. - Waterzuivering (bilgisch). - Eventueel een vakverschrijdend prject met : natuurwetenschappen (best in het tweede jaar!), in Mderne wetenschappen met Wetenschappelijk werk, in de basisptie Techniek-wetenschappen, in basispties waar veding een belangrijk aspect is. 8 Kerncmpnenten van techniek in tepassingsgebied bichemie 8.1 Vrbeeld 1: brd bakken Technisch prces: het vlledige prces m een brd te maken - Van prbleem tt ntwerp kmen tt een recept - Maken van malen tt brd - In gebruik nemen en evalueren smaaktests Technische systemen: welke technische systemen hanteer je m een brd te maken? - Graan malen graanmlen - Deeg maken kneedmachine - Bakken ven - Brd snijden brdsnijmachine 8

9 Hulpmiddelen - Grndstffen: graan, water, gist, smaakverbeteraars - Elektrische energie (vreger: windenergie, watermlen), warmteenergie (ven). Keuzen Criteria: smaak, hudbaarheid, cultuur (zuurdesem), massa, vrm (stkbrd, blk, rnd). Waarm past dit binnen het bichemisch tepassingsgebied? - We werken met plantaardig materiaal (granen) en gist. - Bij het maken van het deeg grijpen er stfmzettingen plaats. - We kunnen dit waarnemen aan de hand van het rijzen van de deeg. - Bij het bakken, grijpen er stfmzettingen plaats. We kunnen dit waarnemen dr de kleurverandering (van grijswit naar bruin) en dr de aangename geur (versgebakken brdgeur). Opmerking: het bakken van gistwafels is een alternatief. 8.2 Vrbeeld 2: yghurt maken Technisch prces - Van prbleem tt ntwerp: verschillende verwerkingstemperaturen nderzeken, verschillende melksrten (gepasteuriseerde, gesteriliseerde) nderzeken. - Maken: met yghurtmachine (blemetjes) zelf yghurt maken. - In gebruik nemen en evalueren smaaktests, eventueel bijsturen van prces Technische systemen Yghurtmachine Hulpmiddelen - Grndstffen: melk, blemetjes - Elektrische energie Keuzen Criteria: smaak, heveelheid Waarm past dit binnen het bichemisch tepassingsgebied? We werken met melk (prduct afkmstig van dieren) en micrrganismen (aanwezig p de blemetjes). Bij het fermenteren van de melk treden er stfmzettingen p. We kunnen dit waarnemen dr de smaakverandering.

10 Tt slt Bvenstaande kijkwijzer is ng niet cmpleet en is verder in ntwikkeling. Vlgend schljaar willen we met de grep begeleiders techniek, uit de verschillende dicesen, een luik tevegen in verband met bichemische prcessen in de geneeskunde. Uiteraard p niveau van de leerlingen uit de eerste graad. Ik wens jullie veel inspiratie en creativiteit te vr het kmende schljaar, in het bijznder bij het ntwikkelen van de prjecten rnd het tepassingsgebied bichemie. Stef Grimnprez Basishandelingen in techniek Cursuscde: I Dcent: diverse dcenten Datum en uur: wensdag 21 nvember 2012 van u. tt u. Lcatie: Middenschl de Pélichy Izegem 10

11