Visueel-mentale problemen bij demonstratieproeven

Transcriptie

1 Samenvatting van het artikel: Korb, W. (1979). Visuelle Wahrnemungsproblemen beim Aufbau chemischer Demonstrationsexperimente. Neue Unterricht Praxis 12, 117-? Visueel-mentale problemen bij demonstratieproeven Een leraar is bij het maken van een opstelling voor een demonstratieproef geneigd vooral te letten op het technisch gezien goede gebruik van de apparatuur: - gaswasfles goed geschakeld (daar gaan zelfs examenvragen over); - geen stop op een druppeltrechter die leeg moet lopen; - een reageerbuis die verbonden is met een gaswasfles na verhitten tijdens het afkoelen losmaken van de gaswasfles om terugzuigen van vloeistof te voorkomen. De leraar zal echter zelden voldoende overwegen hoe de opstelling er voor het oog van de leerling uitziet. Toch zijn de ogen van de leerling bij een demonstratieproef de belangrijkste zintuigelijke ingang naar de hersenen. Kortom: een technisch goede opstelling die echter visueel slecht gebouwd is, mist onnodig een stuk duidelijkheid die vaak nodig is om de leerlingen de proef te laten begrijpen. In dit stuk wordt verder ingegaan op de visuele problemen en mogelijkheden bij demonstratieproeven. De volgende problemen zijn inherent aan een demonstratieproef: - afstand leerling - proefopstelling is groot; - er is geen direct contact met de opstelling (opbouwen, temperatuur voelen, etc.) - de opstelling heeft weinig diepte: het is als een plaatje - details zijn zonder hulpmiddelen slecht waar te nemen In het artikel van Korb worden een aantal principes en wetten genoemd op grond waarvan veel problemen kunnen worden vermeden. Deze principes zijn vaak van Gestalt-psychologische oorsprong. De aangehaalde voorbeelden en de opmerkingen daarbij zijn gebaseerd op onderzoeksresultaten. Korb noemt een vijftal principes. 1. Het economische principe: alleen die apparatuur bij elkaar op de demonstratietrafel die op dat moment voor de proef nodig is. Dus geen opstelling als hieronder: De losstaande wasfles heeft niets met het experiment te maken: toch zullen er (vrij veel) leerlingen zijn die dat niet 'zien'. Wordt er namelijk gevraagd een tekening van de opstelling te maken, dan zal in veel gevallen deze losse wasfles ook getekend worden, maar dan verbonden met de eerste (zie figuur 2: ook een zeer goed mogelijke opstelling). Achteraf zal een leerling zich dan voor het probleem geplaatst zien: waar dient die tweede wasfles ook alweer voor? 2. Het principe van de eenvoud. De opstelling moet zo eenvoudig mogelijk zijn. De samenhang van de onderdelen moet overeenstemmen met het chemische verloop van de proef. Er moeten geen twee of drie chemische reacties tegelijk of door elkaar worden gedemonstreerd. Opstellingen zoals in figuur 3 zijn dus uit den boze.

2 Figuur 3. Overgenomen uit: Drs. W. de Jong. Inleiding in de theoretische chemie. Groningen: Wolters-Noordhoff. 3. De wet van de vloeiend verlopende curve. De kernvraag daarbij is: in welke richting wordt het oog geleid als het de onderlinge verbindingsslangen (e.d.) tussen apparaten volgt. Uit een onderzoek blijkt dat de apparaten vaak niet als verschillende apparaten worden gezien als de verbindingen ertussen een hoek van 180 o maken. In de volgende opstelling (figuur 4) is het T-stuk dus de oorzaak van verwarring: in welke richting stroomt het gas nu? Leerlingen krijgen de indruk dat H 2 -gas in de N 2 -gasontwikkelaar stroomt en/of omgekeerd. 4. De wet van nabijheid. In een opstelling moeten apparaten die bij elkaar horen, ook dicht bij elkaar staan. Indien ze ver uit elkaar staan geeft dat de indruk dat ze niets met elkaar te maken hebben. Omgekeerd geldt dat ook. Indien apparaten met verschillende functies dichtbij elkaar staan, dan wordt niet onderkend dat de functies verschillend zijn. Figuur 6 geeft dus een slechte, figuur 7 een goede opstelling van apparatuur met een preparatief en een analytisch gedeelte.

3 De wet van de nabijheid kan ook algemener worden geformuleerd als: de wet van de gelijkvormigheid of gelijksoortigheid. Van onderdelen in een opstelling die dezelfde vorm hebben wordt direct herkend dat zij met elkaar samenhangen, ook al staan ze ver uit elkaar. Andersom geredeneerd: onderdelen met dezelfde functie moeten ook dezelfde vorm hebben. In de onderstaande opstelling (figuur 8) hebben de U-buizen dezelfde functie, namelijk het drogen van het gas dat erdoor stroomt. Figuur 8. Wat voor het op elkaar lijken wat betreft vorm of grootte geldt, gaat ook op voor gelijkheid in kleur. Vooral felle kleuren zoals geel, groen en rood trekken de aandacht van leerlingen. Het gevaar bestaat daarbij dat uit kleurencombinaties conclusies worden getrokken die niets te maken hebben met het verloop van de proef. Zo worden groene waterkranen, gele gaskranen, rode kurken en rode slangen door elkaar gehaald. En verder kunnen leerlingen menen dat rode stoppen en rode slangen met elkaar te maken hebben, of rode stoppen en rode oplossingen, of gele gaskranen en gele oplossingen. 5. De wet van de grootte en het aantal. De grootte en het aantal van onderdelen in een opstelling zijn eigenschappen waarmee kan worden aangegeven hoe belangrijk een onderdeel is in een proefopstelling. Hoe groter een voorwerp, of hoe meer van dat voorwerp, hoe belangrijker het voorwerp lijkt. In een destillatieopstelling zijn twee essentiële onderdelen (1) de destilleerkolf met thermometer en (2) de koeler. Dat blijkt niet uit de opstelling in figuur 9. De destilleerkolf valt wel op, maar de erlenmeyers om het destillaat op te vangen lijken door hun aantal belangrijker dan de koeler.

4 Figuur 9. Om dit probleem te vermijden moet men dus maar één erlenmeyer tegelijk bij de opstelling plaatsen. Tot slot wil ik nog een uitwerking van een aantal van de genoemde principes geven aan de hand van één demonstratieproef. Ik zal een veel gebruikte opstelling beschrijven met daarbij de nadelen, en daarna een opstelling die deze nadelen niet heeft. Het gaat om de proef, waarin men twee eigenschappen van chloorgas wil aantonen: - de blekende werking - het zure karakter in oplossing. Chloorgas wordt met behulp van een druppeltrechter en rondbodemkolf ontwikkeld uit zoutzuur (gec.) en kaliumpermanganaat. Dit chloorgas wordt in contact gebracht met groene bladeren, dit om de blekende werking aan te tonen. Verder laat men het chloorgas door een indicatoroplossing borrelen, om het zure karakter in water aan te tonen. Het chloorgas wordt uiteindelijk onschadelijk gemaakt in een gaswasfles met kalkwater (of natronloog). De opstelling die er vaak voor wordt gebruikt is weergegeven in figuur 10. Figuur 10. in de druppeltrechter: gec. zoutzuur rondbodemkolf: kaliumpermanganaat gaswasfles 1: groene bladeren gaswasfles 2: indicatoroplossing gaswasfles 3: kalkwater Deze opbouw heeft de volgende nadelen: - De opstelling staat op de demonstratietafel (deze is ongeveer 90 cm hoog!). Leerlingen die achteraan zitten kunnen niet alles goed waarnemen. - Op de tafel staan vaak nog meer voorwerpen (fles met zoutzuur, met kalkwater, met kaliumpermanganaat, enzovoorts). - Er is geen ruimtelijke scheiding tussen het preparatieve gedeelte, het analytische gedeelte en het gedeelte dat dient om het chloorgas te 'vangen'.

5 - Alle onderdelen van deze opstelling zijn even groot (dus even belangrijk?). Het gaat uiteindelijk in deze proef om twee eigenschappen van chloorgas aan te tonen: de blekende werking en het zure karakter in oplossing. - Een aantal onderdelen met verschillende functies (gezien het doel van de proef!) zijn hetzelfde: de drie gaswasflessen. Een betere opstelling is dan ook die in figuur 11. Figuur 11. Voordelen van deze opstelling t.o.v. de vorige zijn: - Alle belangrijke onderdelen zijn op een bepaalde hoogte boven de demonstratietafel aan statieven bevestigd. Daardoor staat deze apparatuur duidelijk 'los' van andere zaken op de tafel. - Er wordt een donkere achtergrond gebruikt (niet getekend op deze figuur). Dat kan, omdat de opstelling hoog staat een schoon schoolbord zijn. - Door verschil in vorm: (erlenmeyer- gaswasfles) en verschil in grootte (tussen erlenmeyer en gaswasfles en ook tussen rondbodemkolf met druppeltrechter en erlenmeyer). Door de ruimtelijke opstelling, hoogteverschil en afstand, krijg je een beeld dat klopt met het doel van het experiment: aantonen van eigenschappen van chloorgas: naast elkaar in plaats van na elkaar. De apparatuur die nodig is voor het doel van de proef staat hoger dan de hulpapparatuur (= gaswasfles). Verder blijkt dat door de compositie van deze opstelling de aandacht spontaan gericht wordt op de erlenmeyers waarin de gebeurtenissen zich afspelen waar het bij deze proef omgaat.