NATUURWETENSCHAPPEN TWEEDE GRAAD TSO/KSO LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS VVKSO BRUSSEL D/2009/7841/020

Transcriptie

1 NATUURWETENSCHAPPEN TWEEDE GRAAD TSO/KSO LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS VVKSO BRUSSEL Vlaams Verbond van het Katholiek Secundair Onderwijs Guimardstraat 1, 1040 Brussel

2

3 Inhoud Situering van het leerplan Beginsituatie Algemene doelstellingen Inleiding Algemene pedagogisch-didactische wenken Geïntegreerde aanpak De wetenschappelijke methode Laboratoriumoefeningen Computergebruik Leerplandoelstellingen, leerinhouden en pedagogisch-didactische wenken Metrologie Materiemodel Kracht, arbeid, energie en vermogen Verfijning materiemodel: atomen en moleculen Classificatie Zintuigen Stofklassen Terreinstudie Chemische reacties Druk Warmteleer in verschillende studierichtingen van de tweede graad tso en kso Handel / Handel-talen (2 uur) Grafische media (2 uur) Grafische communicatie (3 uur) Beeldende en architecturale kunsten (1-2 uur) Beeldende en architecturale vorming (2-3 uur) Audiovisuele vorming (2-3 uur) Fotografie (2-3 uur) Evaluatie Algemeen Hoe evalueren en rapporteren? Minimale materiële vereisten Vakgebonden eindtermen voor natuurwetenschappen tweede graad tso en kso.93 9 Bibliografie de graad tso/kso 3

4

5 Situering van het leerplan Studierichtingen Pedagogische vakbenaming Administratieve vakbenaming Specifiek gedeelte Handel Handel-talen Grafische media Grafische communicatie Beeldende en architecturale kunsten Beeldende en architecturale vorming Audiovisuele vorming Fotografie AV /TV Toegepaste natuurwetenschappen 1-2 uur in eerste en tweede leerjaar in Beeldende en architecturale kunsten 2 uur in eerste en tweede leerjaar in Handel, Handel-talen, Grafische media, 2-3 uur in Beeldende en architecturale vorming, Audiovisuele vorming 3 uur in eerste en tweede leerjaar in Grafische communicatie 2-3 uur in eerste en tweede leerjaar Fotografie 2de graad tso/kso 5

6

7 1 Beginsituatie Alle leerlingen uit de eerste graad hebben kennis gemaakt met biologie. Hierbij kwamen volgende onderwerpen aan bod: Uitwendige en inwendige bouw van zaadplanten en gewervelde dieren uit de omgeving. Ongewervelde dieren en lagere planten kwamen slechts zeer sporadisch ter sprake. Gebruikelijke terminologie voor de beschrijving van de morfologie en de anatomie van de bestudeerde groepen. Functies bij gewervelde dieren met uitzondering van zintuig- en coördinatiestelsel. Functies bij zaadplanten zijn ofwel beperkt tot voeding en voortplanting, ofwel uitgebreid met ademhaling, excretie en transport (afhankelijk van het gevolgde leerplan in het tweede leerjaar van de eerste graad). De belangrijkste levensfuncties: voeding, voortplanting, transport, ademhaling, uitscheiding. Men onderzocht hiertoe de bouw van organen die in deze functies een rol spelen, de werking van deze functies op macro- en microscopisch observatieniveau en de relaties tussen functie - bouw - werking - milieu. Alle leerlingen hebben in biologie reeds kennis gemaakt met volgende vaardigheden: Nauwkeurig waarnemen. Grafisch en verbaal weergeven van waarnemingen. Interpreteren van waarnemingen of resultaten van experimenten. Chemie en fysica kwamen in de eerste graad niet als vak aan bod. Sommige leerlingen kunnen echter via wetenschappelijk werk bepaalde wetenschappelijke aspecten ingeoefend hebben. 2de graad tso/kso 7

8 2 Algemene doelstellingen Bij de algemene doelstellingen wordt met een nummer verwezen naar de vakgebonden eindtermen voor in de tweede graad van het tso en kso. De volledige lijst met de eindtermen is in rubriek 8 opgenomen. 2.1 Inleiding biedt een kader aan om de fysische werkelijkheid te interpreteren door ordenen en verklaren. Dit kader bevat begrippen en modellen, wetten en regels die toelaten om problemen in de fysische werkelijkheid te herkennen en te formuleren en er oplossingen voor te zoeken. Op deze wijze is in essentie een probleemherkennende en -oplossende activiteit. 2.2 De leerlingen moeten tot het besef komen dat de studie van niet wereldvreemd maar betrokken is op de eigen leefwereld. Hiervoor moeten ze de link kunnen leggen tussen enerzijds waarnemingen en experimenten in een klassituatie en anderzijds situaties uit de eigen leefwereld. (5) Zo wordt hun belangstelling voor gewekt en onderhouden. De leerlingen worden geleidelijk aan meer vertrouwd met de wetenschappelijke methode. Ze leren het experiment zien als een onderdeel van deze methode om van daaruit: doelgericht waar te nemen; (6) een eigen hypothese te formuleren en te staven; (2) factoren die hierbij een invloed kunnen uitoefenen in te schatten; (3) algemene wetten te formuleren en vooropgestelde theorieën te toetsen; (4) modellen te construeren. (10) Zo zullen de leerlingen van de opgebouwde hypothese en/of het opgebouwde model gebruik maken om: chemische, biologische of fysische processen voor te stellen en te verduidelijken; stoffen te karakteriseren en te classificeren; (12) De leerlingen leren de computer en bijbehorende software hanteren voor het verwerven van informatie en het verwerken van gegevens. (9) In de loop van de tweede graad worden de leerlingen vertrouwd met classificatie van gegevens en de criteria waarop deze classificatie gebaseerd is. (1, 12) Door het uitvoeren van laboratoriumoefeningen en door sterk betrokken te zijn bij de demonstratieproeven verwerven de leerlingen bepaalde vaardigheden waardoor ze in staat zijn om: verschijnselen nauwkeurig en methodisch waar te nemen; waarnemingen of gegevens verkregen door het uitvoeren van experimenten te verwoorden, te verwerken, gepaste conclusies te trekken en hierover verslag uit te brengen; (7, 8) elementaire laboratoriumtechnieken te beheersen zoals het maken van een eenvoudige proefopstelling en het aflezen van meettoestellen; (11) verworven natuurwetenschappelijke kennis verantwoord toe te passen. (21) 8 2de graad tso/kso

9 een eigen mening te formuleren; (*22) met anderen samen te werken en rekening te houden met de mening van anderen. (*23, *25) 2.3 Modellen zoals het deeltjesmodel worden volgens de wetenschappelijke methode opgebouwd, historisch gesitueerd (zoals het ontstaan van een atoommodel) en verder verfijnd. (13) De leerlingen komen tot het besef dat natuurwetenschappen tot cultuur behoren doordat natuurwetenschappelijke opvattingen overgedragen worden. Begrippen zoals atoom, kracht, energie, zijn reeds in het dagelijks taalgebruik doorgedrongen. (18) De leerlingen moeten inzien dat wetenschappelijke en de hieruit voortvloeiende technologische ontwikkelingen zowel positieve als negatieve effecten kunnen hebben. Zo heeft inzicht in de begrippen arbeid, vermogen en energie geleid tot betere werktuigen en machines die het comfort van de mens kunnen verbeteren. De milieuproblemen zoals afvalproblemen en luchtvervuiling die o.a. ontstaan bij energieproductie, vormen echter de keerzijde van deze ontwikkelingen. Alternatieve energievormen kunnen hierbij een oplossing bieden. (15, 16, 17) De leerlingen zien in dat ondoordacht ingrijpen op de biosfeer catastrofale gevolgen kan hebben op korte of lange termijn (cf. broeikaseffect, uitputting van grondstoffen en energiebronnen, monoculturen, afvalbergen...). De mens zal moeten leren een duurzame levensstijl aan te nemen. De meeste milieuproblemen die onze wereld bedreigen zijn inderdaad een gevolg van onze welvaartsmaatschappij. (17, 19) Duurzame ontwikkeling is een mondiale opgave. Het oplossen van milieuproblemen in de wereld hangt nauw samen met de economische ontwikkeling en de technologische vooruitgang. (14, 17) De leerlingen moeten voldoende basiskennis en inzicht verwerven om geconfronteerd met dergelijke problemen een gefundeerd standpunt, ook op ethisch vlak, te argumenteren. (19). Hieruit moet het belang van het natuurwetenschappenonderwijs voor de algemene vorming blijken. Heel wat beroepen vereisen daarenboven een meer specifieke kennis van natuurwetenschappen. De leerlingen moeten met enkele voorbeelden het belang van natuurwetenschappen in het beroepsleven kunnen illustreren. (20) 2.4 Bepaalde attitudes worden nagestreefd zodat de leerlingen ingesteld zijn om: resultaten objectief en kritisch voor te stellen en de eigen conclusies te verantwoorden; (*24, *27, *28) zich correct in een wetenschappelijke taal uit te drukken; (*29) feiten te onderscheiden van meningen en vermoedens; (*26) weerbaar te zijn in onze technologische maatschappij; met anderen samen te werken, naar anderen te luisteren, en de eigen mening zonodig te herzien. (*22, *23, *25). De leerlingen zijn ingesteld op het veilig en milieubewust uitvoeren van een experiment (*30). De leerlingen: hebben aandacht voor de eigen gezondheid en deze van anderen; (*32) houden zich aan de instructies en voorschriften bij het uitvoeren van opdrachten; (*31) interpreteren etiketten op producten (R- en S-zinnen, pictogrammen, concentraties); dragen indien nodig persoonlijke beschermingsmiddelen: labjas, veiligheidsbril; maken indien nodig gebruik van een trekkast. 2de graad tso/kso 9

10 3 Algemene pedagogisch-didactische wenken 3.1 Geïntegreerde aanpak Het leerplan gaat uit van een geïntegreerde aanpak van de verschillende wetenschapsvakken. Door deze aanpak zien de leerlingen beter de samenhang tussen de verschillende wetenschappelijke disciplines. Het is om pedagogisch-didactische redenen dan ook aangewezen dat één leraar in een bepaald leerjaar dit vak geeft. In het onderdeel Materiemodel komt de geïntegreerde aanpak tussen fysica en chemie duidelijk tot uiting. Door dit onderdeel niet meer in twee afzonderlijke vakken te stoppen zou de leerling de samenhang tussen fysische en chemische verschijnselen beter moeten inzien. Het materiemodel vormt uiteindelijk de basis van de studie van chemische verschijnselen. Dit model wordt dan ook uitgebreid in het onderdeel Verfijning materiemodel: atomen en moleculen. Ook heel wat fysische verschijnselen worden met behulp van het materiemodel verklaard. In het onderdeel Classificatie worden zowel biologische als chemische classificatiesystemen bestudeerd. Hierbij wordt eerst algemeen de noodzaak tot classificatie en de bijbehorende classificatiecriteria besproken. Voorbeelden van classificatiesystemen zijn: classificatie van organismen classificatie van elementen classificatie van stoffen In dit onderdeel leren de leerlingen ook tabellen zoals determineertabellen en periodiek systeem van de elementen (PSE) hanteren. Ook schema s, zoekkaarten en allerlei andere ordeningsinstrumenten kunnen hierbij aan bod komen. In het onderdeel Zintuigen komt de integratie tussen biologie en fysica tot uiting bij Licht en Zien. Hier wordt de optica besproken aan de hand van toepassingen uit de biologie. Lichtbreking en lenzen worden behandeld bij de bespreking van het menselijk oog; bij de optische toestellen komen vergrootglas en bril aan bod. Terugkaatsing wordt besproken bij de vlakke spiegel. 3.2 De wetenschappelijke methode Wetenschappen worden gekenmerkt door een zeer specifieke aanpak. De pedagogische waarde van wetenschappen ligt precies in deze zeer eigen aanpak. Een wetenschappelijke uitspraak steunt steeds op onderzoek. De pedagogisch-didactische aanpak in de klas moet dit aspect dan ook weerspiegelen. Het vak mag geen opsomming zijn van feiten of weetjes maar moet de wetenschappelijke methode op het voorplan plaatsen. Het bijbrengen van nieuwe concepten gebeurt meestal aan de hand van waarnemingen. Deze waarnemingen worden verkregen uit experimenten of uit observatie van dagelijkse verschijnselen. In de didactische wenken die horen bij de leerplandoelstellingen (rubrieken 4 en 5) worden de nodige tips gegeven hoe men hierbij tewerk kan gaan. Op basis van de verkregen waarnemingen wordt een mogelijke verklaring gegeven. Deze verklaring wordt indien mogelijk niet docerend aangebracht. Een onderwijsleergesprek waarbij de leerling mee op zoek gaat naar mogelijke verklaringen is hierbij de aangewezen werkvorm. In dit leerplan wordt daarvoor voldoende tijd voorzien om op deze manier te kunnen werken. Een synthese in de vorm van een theoretisch model is veelal het resultaat. Eventueel kunnen dan nog enkele experimenten uitgevoerd worden om de bekomen theorie te bevestigen of juist te ontkrachten. 10 2de graad tso/kso

11 De historische ontwikkeling van het Atoommodel is een mooi voorbeeld van wetenschappelijk onderzoek waarbij het ontwikkelde model voortdurend aangepast wordt aan nieuwe experimentele waarnemingen. 3.3 Laboratoriumoefeningen Het organiseren van een practicum kan op verschillende wijzen gebeuren: klassikaal of frontaal practicum (alle groepjes voeren dezelfde proef uit) of circuit- of doorschuifpracticum (de groepjes voeren verschillende proeven uit). De groepjes waarvan sprake bestaan uit twee of maximaal drie leerlingen. Het kan ook zinvol zijn om kleinere laboratoriumopdrachten te voorzien die minder dan één lesuur beslaan. Uiteindelijk is het experimenteren een vorm van actief leren waarbij steeds de experimentele waarnemingen en de voorkennis gebruikt worden om nieuwe inzichten te verwerven. In de literatuur noemt men dit construerend leren. De leraar speelt dan meer en meer de rol van coach die de leerling helpt bij het construeren van nieuwe kennis. De laboratoriumoefeningen dienen in een degelijk uitgerust laboratorium plaats te vinden. De leraar mag per leerstofpunt een keuze maken uit de in de pedagogisch-didactische wenken voorgestelde laboratoriumoefeningen, andere zinvolle proeven die bij de leerstofpunten aansluiten mogen ook uitgevoerd worden. Er wordt steeds op een veilige en verantwoorde manier in het laboratorium gewerkt. Alle verplichte beschermmiddelen moeten in het laboratorium aanwezig zijn, gemakkelijk bereikbaar zijn en indien nodig ook gebruikt worden. Bij de keuze van chemicaliën zal de leraar rekening houden met de aanbevelingen die terug te vinden zijn in de brochure Chemicaliën op school (zie bibliografie). Afvalstoffen worden onder toezicht van de leraar gesorteerd en verder opgeslagen. Men dient de leerlingen te wijzen op het belang van een correct afvalbeheer. 3.4 Computergebruik Het gebruik van de computer in hangt van vele factoren af zoals o.a. het aantal leerlingen in de klas, infrastructuur van het lab, beschikbaarheid en ligging (t.o.v. het lab) van het computerlokaal, beschikbaarheid van software en de computerconfiguratie. Enkele voorbeelden waarbij de computer gebruikt kan worden: verwerken (berekeningen en grafieken tekenen) van gegevens en meetresultaten met een rekenbladprogramma (overleg met de leraar informatica is hierbij aangewezen); opstellen van een laboratoriumverslag. Hierbij kunnen tekst, figuren en grafieken geïntegreerd worden; maken en geven van een presentatie; animaties en simulaties van verschijnselen; gebruik van elektronische gegevensbanken (op cd-rom of internet) bv. het opzoeken van informatie. 2de graad tso/kso 11

12 4 Leerplandoelstellingen, leerinhouden en pedagogischdidactische wenken Dit leerplan is geschreven voor verschillende studierichtingen van de tweede graad van het tso en kso. De algemene doelstellingen die gelinkt zijn aan de eindtermen zijn voor al deze studierichtingen dezelfde. Bij de uitwerking van de lessen natuurwetenschappen staan steeds de algemene doelstellingen centraal. In 2 algemene doelstellingen zijn deze ingedeeld in drie groepen nl. onderzoekend leren, wetenschap en samenleving, attitudes. De realisatie van de algemene doelstellingen gebeurt via leerplandoelstellingen en bijbehorende leerinhouden. Hierna wordt een set van leerplandoelstellingen, leerinhouden en bijbehorende didactische wenken aangeboden. Niet al deze leerplandoelstellingen moeten echter in alle studierichtingen gerealiseerd worden. In 5 in de verschillende studierichtingen van de tweede graad tso en kso wordt aangegeven hoe men de algemene doelstellingen in de verschillende studierichtingen kan aanpakken en welke leerplandoelstellingen zeker moeten worden gerealiseerd. De geordende leerplandoelstellingen moeten zeker niet gelezen worden als een chronologische lijn voor de uitwerking in lessen. 4.1 Metrologie LEERPLANDOELSTELLINGEN 1 De begrippen grootheid en eenheid herkennen en toepassen. 2 Toestellen hanteren om lengte, volume, massa, tijd, temperatuur te meten. 3 De SI-eenheden van hoger vermelde grootheden samen met hun respectievelijke veelvouden en delen weergeven, omzetten en toepassen. 4 Meetresultaten op een correcte wijze noteren, rekening houdend met de nauwkeurigheid van de metingen. 5 Resultaten van berekeningen d.m.v. benaderingsregels met een juist aantal beduidende cijfers schrijven. 6 Evenredige en omgekeerd evenredige verbanden herkennen vanuit grafieken. LEERINHOUDEN Grootheden, eenheden Meettoestellen: lengte-, massa-, tijd-, volume- en temperatuurmeting SI-eenheden Meetnauwkeurigheid rechtstreekse metingen Werken met de beduidende cijfers Berekeningen met meetresultaten Grafische voorstellingen Recht en omgekeerd evenredigheid DIDACTISCHE WENKEN 1 Het is belangrijk dat de leerlingen de juiste grootheid en bijbehorende eenheid kunnen aangeven bij een meet- of rekenresultaat. 2 Gebruik bij voorkeur toestellen die in het dagelijkse leven voorkomen bv.: vouwmeter, koortsthermometer, personenweegschaal, digitaal uurwerk, maatbeker. 12 2de graad tso/kso

13 3 Enkel de SI eenheden worden behandeld. Later kan per aangehaald thema de nog gebruikte technische eenheden vermeld worden. 4 Het begrip meetnauwkeurigheid wordt praktisch aangebracht door bv. een voorwerp te laten meten met behulp van een stokmeter, een vouwmeter en een schuifmaat. 5 Het is de bedoeling de leerlingen het inzicht bij te brengen dat niet alle cijfers die op het schermpje van een rekentoestel staan een beduidende waarde hebben. Het toepassen van exponentiële notatie is soms een noodzaak. 6 Bijzondere aandacht dient besteed te worden aan het benoemen van de assen en de bijbehorende eenheden. Enkel voorbeelden van recht evenredige verbanden worden behandeld. Voor de omgekeerd evenredige verbanden wordt gewacht tot dit begrip later aan bod komt. MOGELIJKE LABORATORIUMOPDRACHTEN Afmetingen, volume en massa van een lichaam bepalen. 4.2 Materiemodel LEERPLANDOELSTELLINGEN 7 De drie aggregatietoestanden waarin een stof kan voorkomen benoemen en ze onderscheiden door middel van uitwendig waarneembare kenmerken: vorm, volume, samendrukbaarheid. 8 De faseovergangen herkennen, benoemen en een temperatuur(tijd)-diagram interpreteren. 9 Het kookverschijnsel kwalitatief beschrijven en temperatuur(tijd)-diagram bij koken interpreteren. 10 De relatie tussen de begrippen massa en volume toelichten en in praktische voorbeelden toepassen. 11 De begrippen zuivere stof, homogeen en heterogeen mengsel omschrijven en in duidelijke gevallen herkennen. 12 De opgeloste stof, het oplosmiddel en de oplossing kunnen aanduiden in concrete voorbeelden van oplossingen. 13 De concentratie-uitdrukkingen massaprocent, massavolumeprocent en volumeprocent toepassen. 14 Verduidelijken dat zuivere stoffen bekomen worden door toepassen van scheidingstechnieken op mengsels. 15 Het deeltjesmodel omschrijven en een aantal fenomenen vanuit dit deeltjesmodel toelichten. LEERINHOUDEN Aggregatietoestanden en hun kenmerken Faseovergangen Temperatuur(tijd)-diagram Kookverschijnsel Kookpunt Massa, volume, massadichtheid Mengsel en zuivere stof Homogeen en heterogeen mengsel Opgeloste stof, oplosmiddel, oplossing Massaprocent, massavolumeprocent, volumeprocent Scheidingstechnieken Deeltjesmodel: samendrukbaarheid, aggregatietoestanden, faseovergangen, mengsels en zuivere stoffen, homogene en heterogene mengsels, temperatuur en deeltjessnelheid. 2de graad tso/kso 13

14 DIDACTISCHE WENKEN 7 De uitwendig waarneembare kenmerken worden voor de drie aggregatietoestanden experimenteel vastgesteld. De leerlingen worden er op attent gemaakt dat water wat betreft het volume een uitzondering is (de volumetoename van ijs). 8 Samen met de aggregatietoestanden zal men de faseovergangen bespreken. Deze faseovergangen worden geïllustreerd met voorbeelden uit het dagelijkse leven (bv. sublimeren: ijs dat waterdamp wordt bij het openen van een diepvries). Bij smelten en stollen zal men gebruik maken van temperatuur(tijd)-diagrammen. 9 Het kookverschijnsel wordt experimenteel vastgesteld. De leerlingen meten de temperatuur voor en tijdens het koken en stellen een temperatuur-tijdgrafiek op. Drukafhankelijkheid kan hier eventueel besproken worden. 10 Het is aangewezen de leerlingen de massadichtheid van enkele stoffen te laten opzoeken en deze onderling te laten vergelijken. Men moet de leerlingen bijbrengen dat een gas eveneens een massa heeft en dus ook een massadichtheid. Veel leerlingen realiseren zich dat anders niet. Het is verwarrend te zeggen dat ijzer zwaarder is dan water, als er eigenlijk bedoeld wordt dat de massadichtheid van ijzer groter is dan die van water. 11 Men doet de leerlingen inzien dat een zuivere stof gekenmerkt wordt door welbepaalde fysische constanten (smeltpunt, kookpunt, oplosbaarheid, massadichtheid). Experimenteel kan men bijvoorbeeld het smeltpunt van ijs bepalen en nadien het smeltverloop van het mengsel ijs-zout (met grafiek). Bij de studie van de soorten mengsels worden er voorbeelden gegeven uit de leefwereld zoals zeezand, zand in water, olie in azijn (vinaigrette), leidingwater, gedemineraliseerd water, spuitwater, alcoholische dranken, metaallegeringen, melk, mayonaise, lucht, 12 Deze begrippen worden best bijgebracht aan de hand van oplossingen die de leerlingen reeds kennen uit het dagelijks leven. Voorbeelden hiervan zijn: bier, wijn, tafelazijn, keukenzoutoplossing. 13 Aan de hand van bovenstaande voorbeelden kan men het concentratiebegrip bijbrengen. Begrippen als verdunnen en concentreren zijn eenvoudig bij te brengen. Bij de concentratie-uitdrukkingen gebruikt men enkel massaprocent, massavolumeprocent, volumeprocent. 14 Voorbeelden van scheidingstechnieken waaruit een keuze kan gemaakt worden zijn: destillatie, kristallisatie, decantatie, filtratie, extractie, chromatografie, centrifuge, adsorptie. Hiervoor gebruikt men bij voorkeur voorbeelden in relatie met de leefwereld zoals het zetten van koffie en thee, destillatie en decantatie van wijn, afromen van melk, winning van suiker uit de suikerbiet, winning van zout, raffinage van aardolie, was drogen in een droogkast, sla droog zwieren, afvalwater zuiveren, Naast het aanleren van scheidingstechnieken kan men de leerlingen een scheiding laten uitvoeren van een mengsel waarbij ze zelf de scheidingsstrategie bepalen. Volgende experimenten kunnen in aanmerking komen: afvalwater zuiveren, parfum maken uit bloemblaadjes, kleurstoffen uit bladeren halen, olie uit noten, Fysische constanten kunnen bepaald worden van zuivere stoffen die men door het scheiden van mengsels verkregen heeft zoals: smeltpunt, kookpunt, oplosbaarheid, massadichtheid 15 Het deeltjesmodel wordt gegeven en geïllustreerd door een aantal experimenten. Er zal zoveel mogelijk gebruik worden gemaakt van voorbeelden uit de leefwereld. Ook diffusie, cohesie, adhesie en verdampingssnelheid kunnen hier aan bod komen. Bij de vrije verdamping kunnen heel wat illustraties uit de leefwereld besproken worden, zoals bv. de beste omstandigheden om wasgoed te drogen, het blazen om hete soep af te koelen, het rillen bij het verlaten van een zwembad. MOGELIJKE LABORATORIUMOPDRACHTEN Werken met computerprogramma s waarbij het deeltjesmodel visueel voorgesteld wordt. Bepalen van de dichtheid van regelmatige lichamen, vloeistoffen en onregelmatige lichamen. Bepalen van het kookpunt van water en mogelijke invloeden hierop. 14 2de graad tso/kso

15 Scheidingstechnieken voor heterogene mengsels (zie wenk 12). Scheidingstechnieken voor homogene mengsels (zie wenk 12). 4.3 Kracht, arbeid, energie en vermogen Massa, zwaartekracht en gewicht LEERPLANDOELSTELLINGEN 16 Voorbeelden geven dat krachten zowel vervorming als verandering van bewegingstoestand kunnen veroorzaken. 17 Kracht als vectoriële grootheid omschrijven en voorstellen in een figuur van een concrete situatie. LEERINHOUDEN Kracht als oorzaak van vervorming en als oorzaak van verandering van bewegingstoestand Vectorvoorstelling van een kracht 18 Een kracht meten met een dynamometer. Meten van krachten met een dynamometer (eenheid: newton N) 19 Uit de massa van een voorwerp, de zwaartekracht op dat voorwerp bepalen. 20 Het begrip gewicht omschrijven en het onderscheid met massa en zwaartekracht aangeven. Massa en zwaartekracht Massa, zwaartekracht en gewicht DIDACTISCHE WENKEN 16 Als een kracht werkt op een voorwerp, kan dat leiden tot een vervorming van dit voorwerp (uitrekking van een veer of een elastiek, een deuk in een auto bij een botsing, ) of tot een verandering van bewegingstoestand (de opslag van een tennisser, de keeper die de bal stopt voor zijn doel, ). De kracht zelf kan je niet vastnemen of zien. De kracht wordt wel zichtbaar door de uitwerking van die kracht op het voorwerp: de uitgerekte veer of elastiek en de deuk in de auto zijn voorbeelden van de statische uitwerking; de tennisbal in het veld en de bal in de handen van de keeper zijn voorbeelden van de dynamische uitwerking van die kracht. 17 Het is belangrijk om te weten op welk lichaam de kracht werkt (het aangrijpingspunt). De ervaring leert dat leerlingen de kenmerken richting en zin dikwijls door elkaar gebruiken. Het is dus van belang om deze goed te omschrijven. Naast vectoriële grootheden bestaan ook scalaire grootheden; deze hebben alleen een grootte. Voorbeelden zijn lengte, tijd, massa, deze grootheden zijn volledig bepaald door een getal en een eenheid. 18 Er bestaan verschillende dynamometers op de markt, naargelang het gewenste meetgebied: met soepele veer voor kleine krachten en die met stugge veer voor grote krachten. 19 De zwaartekracht is een veldkracht: ze werkt van op afstand. Met de dynamometer kan aangetoond worden dat de zwaartekracht op een voorwerp recht evenredig is met de massa van dit voorwerp. De waarde van het constant quotiënt F z /m karakteriseert de sterkte van dit veld. Die constante (evenredigheidsfactor) wordt voorgesteld door g (F z = m.g). De eenheid van g is de N/kg. We noemen g de zwaarteveldsterkte. 2de graad tso/kso 15

16 20 Zwaartekracht en gewicht (= kracht van een lichaam op zijn ondersteuning of ophanging) zijn even groot, maar hebben een verschillend aangrijpingspunt. Dit is echter alleen zo als de bewegingstoestand van het lichaam niet verandert, als het lichaam in rust is. Een vallend lichaam heeft geen ondersteuning en is dus gewichtsloos, maar er werkt wel zwaartekracht op. Interessante voorbeelden zijn te vinden bij kermisattracties. Astronauten in een shuttle zijn gewichtsloos, omdat ze rond de aarde vallen. Als astronauten op de maan komen dan is hun massa nog steeds dezelfde maar de zwaartekracht die op hen werkt is kleiner. Daardoor is hun gewicht ook kleiner. MOGELIJKE LABORATORIUMOPDRACHTEN Afleiden van het verband tussen zwaartekracht en massa d.m.v. metingen met dynamometer. Wet van Hooke Arbeid, energie en vermogen in het dagelijkse leven LEERPLANDOELSTELLINGEN 21 Het begrip arbeid gebruiken en in een aantal concrete situaties in het dagelijkse leven toelichten. 22 Arbeid berekenen bij een constante kracht die evenwijdig is met de verplaatsing en dit betrekken op algemene voorbeelden uit het dagelijkse leven. 23 In concrete situaties het begrip vermogen gebruiken en berekenen. 24 Het begrip energie in concrete situaties toelichten. 25 De verschillende energievormen en energieomzettingen herkennen. LEERINHOUDEN Arbeid Arbeid verricht door een constante kracht Vermogen Het begrip energie Energievormen Energieomzettingen 26 De wet van behoud van energie formuleren. Wet van behoud van energie 27 Voeding als energieleverancier voor het menselijk lichaam verklaren. Voeding als bron van energie DIDACTISCHE WENKEN 21 Als leerlingen hun zware boekentas opheffen en in hun hand stilhouden zullen zij erover klagen dat dit toch wel heel lastig is en dat dit veel arbeid van hen vergt. Als de leerkracht wetenschappen hen dan vertelt dat zij op dat moment geen fysische arbeid leveren, wordt dit toch wel op ongeloof onthaald. In de wetenschappen is er immers een verplaatsing nodig om te kunnen spreken van arbeid. Dus pas als de leerlingen hun boekentas hoger heffen, zullen zij arbeid verrichten. 22 Er worden enkel voorbeelden behandeld waarbij de verplaatsing evenwijdig is met de richting van de krachtvector. Hierbij komt een nieuwe eenheid aan bod, namelijk de joule (J = N.m). 23 Als twee leerlingen met gelijke massa een helling oplopen dan moeten zij eenzelfde arbeid verrichten. Als leerling 1 sneller boven is dan leerling 2 dan levert leerling 1 een grotere prestatie. Aan de leerlingen moet men duidelijk maken dat de tijdsduur waarin een arbeidsprestatie geleverd wordt ook belangrijk is. Als wij deze tijdsduur in rekening nemen ontstaat een nieuwe grootheid, namelijk het vermogen als de arbeid per tijdseenheid. De eenheid van vermogen is de watt (W= J/s). 16 2de graad tso/kso

17 24 Het begrip energie speelt een belangrijke rol in allerlei fysische verschijnselen. Je lichaam heeft bijvoorbeeld energie nodig om te bewegen, te groeien, om de lichaamstemperatuur constant te houden, om te genezen van een ziekte. Deze energie wordt gehaald uit het voedsel. Als je voedsel tot je neemt, krijgt je lichaam de mogelijkheid om arbeid te verrichten. Een auto kan immers ook niet rijden zonder zijn voedsel, de benzine, diesel of gas. De energie om elektrische toestellen te laten werken wordt geleverd door de elektriciteitsmaatschappijen die daarvoor uiteraard een prijs voor aanrekenen. Hiervoor gebruiken zij de kilowattuur. Dit is geen eenheid van vermogen maar van arbeid of energie. 25 Omdat verbranding van fossiele brandstoffen slecht is voor het milieu (teveel koolstofdioxide vrij in de lucht), gaat men op zoek naar alternatieve methoden om elektrische energie te verkrijgen, bv. met behulp van de zon, wind, water, biogas. Deze laatste hulpmiddelen zijn onuitputbaar (= duurzaam), terwijl de fossiele brandstoffen op een bepaald moment uitgeput zullen zijn. Ook in levende wezens wordt energie opgeslagen en omgezet. Planten nemen energie op van de zon en zetten die om in koolstofverbindingen. Planten worden gegeten door herbivoren en deze nemen (een deel van) deze energie in hun lichaam op. Herbivoren worden opgegeten door carnivoren, die ook (een deel van) deze energie opnemen. 26 Energie kan niet gemaakt of vernietigd worden. Het enige dat gebeurt is dat energie van de ene in de andere energievorm omgezet wordt. Dit is het beginsel van het behoud van energie. Energie kan natuurlijk ook wel eens in een niet bruikbare energievorm omgezet worden. Bij een auto wordt het grootste deel van de chemische energie in thermische energie omgezet; slechts een klein deel wordt omgezet in bewegingsenergie. Bij een gloeilamp wordt een deel van de elektrische energie omgezet in stralingsenergie, maar ook in (niet bruikbare) thermische energie. 27 De energie voor het menselijk lichaam halen we uit de voeding. Op de verpakking van voedingsmiddelen staat voor elke voedingsstof de energetische waarde vermeld (in joule of calorie). Het is belangrijk dat de leerlingen deze energiewaarden op de etiketten kunnen interpreteren. Elke voedingsstof is immers belangrijk voor de opbouw en het functioneren van het menselijk lichaam. MOGELIJKE LABORATORIUMOPDRACHTEN Bepaling van mechanische of elektrische arbeid Spieren en spierwerking LEERPLANDOELSTELLINGEN 28 Uit waarnemingen aantonen dat beweging door samentrekking van spieren totstandkomt. 29 De macroscopische en de microscopische delen van een spier beschrijven en benoemen. 30 Enkele voorbeelden van structuren opnoemen die gestreept of glad spierweefsel bevatten. LEERINHOUDEN Samentrekking van spieren Bouw van spieren Gestreept glad spierweefsel 31 Verwoorden hoe spierwerking totstandkomt. Inkorten van spierfibrillen in spiervezels 32 Aantonen dat antagonistische spieren tegenovergestelde bewegingen mogelijk maken. Agonisten en antagonisten DIDACTISCHE WENKEN 28 Door een werkende skeletspier (bv. de biceps) te betasten wordt vastgesteld dat beweging van ledematen ontstaat door samentrekking. Ook bewegingen in het lichaam zoals het kloppen van het hart, peristaltiek of adembeweging worden als spierbeweging verklaard. 2de graad tso/kso 17

18 29 De macroscopische delen van een spier kunnen via demo s op internet of cd-rom of via eigen waarnemingen aangebracht worden. Voor de microscopische studie kunnen preparaten bekeken worden. 30 Zie wenk De microscopische waarnemingen worden gebruikt om de spiercontractie te verduidelijken. Ook animaties (cd-rom, internet, video) kunnen dit ondersteunen. Hierbij moet zeker de link worden gelegd met de begrippen kracht, arbeid en energie. 32 De functie van antagonistische spieren kan uit waarnemingen op het lichaam of via animaties afgeleid worden. Hierbij wordt benadrukt dat spieren enkel actief kunnen verkorten, maar niet actief kunnen verlengen. Hierbij moet zeker de link worden gelegd met de begrippen kracht, arbeid, en energie. MOGELIJKE LABORATORIUMOPDRACHTEN Onderzoek van dikte van de eigen spierbal bij samentrekken en ontspannen. Macroscopische delen: onderzoek van de vleugel van een kip. Hier kunnen ook de antagonisten getoond worden. Ontrafelen van de vezels van dwarsgestreept spierweefsel: bv. gekookt vlees: macroscopische waarneming: pezen, spierbundels, spiervezels, bindweefselscheden; microscopische waarneming (eventueel na kleuring). De vezels kunnen vergeleken worden met microscopische preparaten, histologische foto s (bv. via cd-rom, internet), micropreparaten Spierwerking fysisch bekeken: kracht, arbeid, energie (uithoudingsvermogen). 4.4 Verfijning materiemodel: atomen en moleculen LEERPLANDOELSTELLINGEN 33 In een gegeven deeltjesmodel moleculen aanduiden en deze herkennen als een groepering van atomen. 34 Een atoom beschrijven als samengesteld uit protonen, neutronen, elektronen en hun plaats binnen het atoom omschrijven. 35 Een element omschrijven als een atoomsoort bepaald door het aantal protonen per atoom zoals weergegeven door het atoomnummer en voorgesteld door een eigen chemisch symbool. 36 Een historisch overzicht van de evolutie van het atoommodel van Dalton tot het atoommodel van Bohr weergeven. LEERINHOUDEN Moleculen - atomen Samenstelling van het atoom Element Chemisch symbool Evolutie van het atoommodel Elektronenconfiguratie DIDACTISCHE WENKEN 33 Met behulp van eenvoudige molecuulmodellen de begrippen molecule en atoom bijbrengen. Met eenvoudige voorbeelden worden de begrippen monoatomische en polyatomische moleculen ingevoerd. 18 2de graad tso/kso

19 34 Bij de beschrijving van het atoom is het belangrijk in te gaan op de omvang van kern en elektronenmantel om hiermee aan te geven dat het atoom erg ijl is. We benadrukken dat de chemische reacties het gevolg zijn van een herschikking van de bezetting van de elektronenmantel en dat de atoomkernen in een chemische reactie onberoerd blijven. 35 Hier kunnen een aantal symbolen van veel gebruikte elementen worden aangeleerd. Het is belangrijk te benadrukken dat de regels voor het schrijven van symbolen zeer strikt zijn. 36 Bij de bespreking van de atoommodellen van Dalton, Thomson, Rutherford en Bohr is het belangrijk om aan te geven dat elk model de kennis van hun tijd weerspiegelt. Telkens als nieuwe experimentele gegevens aan het licht kwamen die het heersende model tegenspraken, moest het model worden aangepast: dit is de essentie van het wetenschappelijk denken. Men kan aangeven dat het atoommodel nog steeds wordt aangepast maar dat het in het kader van de schoolse kennis niet nodig is om de meest recente versie te kennen. Het begrip elektronenconfiguratie wordt ingevoerd als manier om te beschrijven hoe de elektronen in een atoom verdeeld zijn over de verschillende schillen. Het is voldoende enkel de hoofdenergieniveaus te bespreken. 4.5 Classificatie Inleiding: classificatie in de wetenschappen LEERPLANDOELSTELLINGEN 37 Noodzaak en voorbeelden van classificatiesystemen bespreken en hanteren. 38 Inzien dat classificatie veelal teruggaat op algemeen aanvaarde criteria. LEERINHOUDEN Classificatiesystemen Criteria voor classificatie DIDACTISCHE WENKEN 37 Aan de hand van de vergelijking van verschillende (aangeboden) indelingssystemen van bijvoorbeeld gesteenten, planten, moet duidelijk zijn dat een algemeen geldend classificatiesysteem noodzakelijk is, omdat er anders geen éénduidigheid is. De leerlingen kunnen een eenvoudige dichotome tabel, determineertabel of zoekkaart gebruiken om organismen op naam te brengen. 38 Dit kan gebeuren aan de hand van voorbeelden uit diverse wetenschappen (rangschikking van organische verbindingen, gesteenten, planten, ) Classificatie van organismen LEERPLANDOELSTELLINGEN 39 Vaststellen dat bepaalde organismen meer onderlinge overeenkomsten vertonen dan andere. 40 Uit overeenkomsten en verschillen tussen organismen criteria kiezen waardoor een indeling bekomen wordt. LEERINHOUDEN Overeenkomsten tussen organismen Criteria voor indeling van organismen 2de graad tso/kso 19

20 41 De lagere taxonomische niveaus (orde, familie, geslacht, soort) aan de hand van voorbeelden aangeven. 42 Een systematische indeling van levende organismen in het vijfrijkensysteem op basis van eenduidige criteria weergeven. 43 Op basis van kenmerken het plantenrijk en het dierenrijk indelen. 44 Eenvoudige determineertabel van planten of dieren hanteren. Orde, familie, geslacht, soort Vijfrijkensysteem Indeling plantenrijk en dierenrijk Determineertabel van planten of dieren DIDACTISCHE WENKEN 39 Een goed voorbereide excursie met doelgerichte opdrachten kan een ideale aanloop zijn om het belang van classificatie aan te voelen. De observatie zal gericht zijn op het herkennen van morfologische gelijkenissen en verschillen tussen organismen. Deze doelstelling kan ook bereikt worden bij het onderdeel Terreinstudie. 40 Uit de waarnemingen van bijvoorbeeld een terreinwerk (bv. wegberm, vijver, bos), opgezette dieren, aangebracht levend materiaal (planten, ), groeperen de leerlingen zelf de aangetroffen organismen volgens zelf gekozen en duidelijk omschreven normen. 41 Uit de verwerkte gegevens van de excursie (eventueel aangevuld met bijkomend materiaal) worden de kenmerken vastgesteld die de plaatsing in de taxonomische niveaus verantwoorden. 42 Als synthese worden de bestudeerde organismen in het vijfrijkensysteem geclassificeerd. De synthese wordt verder aangevuld met een eenvoudige indeling van het planten- en dierenrijk. 43 zie wenk Bij de biotoopstudie kunnen eenvoudige determineertabellen of zoekkaarten voor het determineren van zoetwaterdieren, ongewervelde bodemdieren,... of eenvoudige flora s (eventueel op cd-rom) gebruikt worden. Op deze manier kan de indeling van 1 of meer groepen uit het planten- en of dierenrijk verder bekeken worden. MOGELIJKE LABORATORIUMOPDRACHTEN Determineren en indelen van de organismen volgens de gekozen criteria in orde, familie, geslacht, soort (zowel bij planten als dieren): bv. zaadplanten, zwammen, geleedpotigen,... Terreinstudie in de omgeving van de school (beek of vijver, grasland, wegberm, bos of park of waarnemingen van opgezette dieren (collectie op school, in museum, ), aangebracht levend materiaal, beeldmateriaal (cdrom), een excursie naar een dierentuin. Microscopisch onderzoek van cellen (ui, waterpest, mos, wangcellen, schimmel, ééncellige, bacteriën en blauwwieren) voor indeling van de organismen in vijf rijken (vijfrijkensysteem van Whittaker). 20 2de graad tso/kso