Omschrijven, formules, natuurkunde, stappenplan, begripspracticum

Transcriptie

1 ONTWERP ONDERZOEK FORMULES OMSCHRIJVEN BIJ NATUURKUNDE IN 3 VWO Naam auteur Margriet van der Laan, Msc Vakgebied Natuurkunde Titel & onderwerp Formules omschrijven bij natuurkunde Opleiding Interfacultaire Lerarenopleidingen, Universiteit van Amsterdam Doelgroep 3 VWO Sleuteltermen Omschrijven, formules, natuurkunde, stappenplan, begripspracticum Bibliografische referentie Laan, M. van der (2015). Formules omschrijven bij natuurkunde. Amsterdam: Interfacultaire Lerarenopleidingen UvA. Studentnummer Begeleider(s) Mariska Min-Leliveld Beoordelaars Vakdidacticus: Dhr. dr. P.H.M. Uylings, onderzoeker: mw. dr. R. (Rijkje) Dekker Datum 11 juni 2015

2 PAPER 2 ONTWERP 1. Samenvatting Paper 1 2. De lesopzet 3. Onderbouwing Literatuur Bijlage 1 De lesplannen Bijlage 2 Begripspracticum Bijlage 3 Leerlingenmateriaal Bijlage 4 Docentenhandleiding 1. Samenvatting Paper 1 Bij natuurkundige opgaven die leerlingen voorgeschoteld krijgen in de onderbouw wordt verondersteld dat ze een formule kunnen omschrijven (natuurkundige term). In andere woorden: men gaat ervan uit dat leerlingen bij het gebruik van een formule met 3 of 4 variabelen er één kunnen vrijmaken (wiskundige term), en op deze manier de gevraagde onbekende kunnen uitrekenen. Het omschrijven is een formulevaardigheid waar in natuurkunde schoolboeken nauwelijks of geen aandacht aan wordt besteed, maar waar een deel van de, vaak wat zwakkere, leerlingen toch moeite mee hebben. Door leerlingen in vier lessen een stappenplan aan te leren, waarbij de transfer met wiskunde duidelijk wordt, zullen mijn leerlingen in 3 VWO beter in staat zijn om opgaven waarbij naar een onbekende wordt gevraagd op te lossen (leerlinggedrag, te onderzoeken met een learner report) en dit zal ook lijden tot betere resultaten (leerlingresultaat, te onderzoeken met een inhoudsanalyse).

3 2. De lesopzet In de les voor de lessenserie wordt de voormeting gedaan, met behulp van opgaven over stof die de leerlingen eerder dit jaar hebben gehad. In het eerste blokuur, bestaande uit twee lessen van 45 minuten (met een pauze er tussen) wordt de eerste paragraaf van hoofdstuk 5 'Energie en technologie' behandeld en het onderwerp is 'Energie in huis'. In het tweede blokuur (90 minuten achterelkaar) wordt de tweede paragraaf van het hoofdstuk behandeld en het onderwerp is daar 'Energie en vervoer', in deze les wordt ook de eindmeting verricht. In de les na de lessenserie wordt het learner report afgenomen. De voormeting bestaat uit twee opdrachten, de eerste opdracht was een som die ze op het proefwerk hebben gekregen en de tweede opdracht is som 83 uit Impact VWO 3. De bedoeling is dat leerlingen de eerste les voorbereiden door het maken van huiswerk: ze scannen het hoofdstuk, maken de verkennende opdrachten en de eerste twee vragen van het deel 'Ontdekken'. De les kan hierdoor beginnen met het bespreken van die laatste twee vragen, wat het opstapje is naar het practicum. Het eerste gedeelte van de les (45 minuten, voor de pauze) wordt besteed aan het practicum, wat opgeknipt is in vier delen. Leerlingen starten met deel A, waarbij ze moeten rekenen met de dichtheid en hen eigenlijk wordt gevraagd te voorspellen wat de soortelijke warmte is van water (zonder dat zij dat door hebben). Leerlingen wordt gevraagd eerst het volume van eenzelfde massa water, slaolie en glycerine te berekenen. In het practicum wordt gewerkt met volume, maar soortelijke warmte berust op de massa, dus deze stap moeten de leerlingen expliciet zelf zetten. Deel B is bedoeld om leerlingen kennis te laten maken met VinciLab en de temperatuursensor, omdat ze hier eerder nog niet mee gewerkt hebben. Deel C is dan het daadwerkelijke practicum, waarbij leerlingen zelf mogen bepalen welke massa van welke vloeistof ze gaan verwarmen. De resultaten worden opgeschreven in een tabel en worden ook met andere groepjes gedeeld, om zo meer resultaten te generen. Deel D is een demonstratieproef uitgevoerd door de docent. Deze proef sluit aan op de experimenten die de leerlingen zelf hebben gedaan, maar gaat net iets verder door het begrip soortelijke warmte te introduceren en deze grootheid van water te bepalen en duidelijk op te schrijven met juiste eenheden erbij. Dan is het tijd voor pauze en om alles te laten bezinken. Na de pauze krijgen leerlingen zo'n 10 minuten om hun conclusies van de practica op te schrijven en een (woord)formule op te stellen voor de warmte die nodig is om een bepaalde massa van een vloeistof een bepaald aantal graden te laten stijgen. Nadat leerlingen dit gedaan hebben bespreken we dit klassikaal en introduceert de docent de formule Q = m! c! (T e - T b ). Zij geeft dan ook gelijk een voorbeeld som waarbij deze formule wordt gebruikt. Optioneel (als daar ruimte voor is) kan de vraag gesteld worden: 'wat is het verschil en de overeenkomst is tussen soortelijke warmte en weerstand?' - dit om het nieuwe begrip te koppelen aan een eerder geleerd begrip, bovendien is het benoemen van het verschil een hogere denkvaardigheid, dus stimuleert dit het begrijpen. Tot slot wordt het stappenplan (zie bijlage 3, leerlingenmateriaal) geïntroduceerd om opgaven met formules aan te pakken en is er tijd om hier mee te oefenen met opgaven uit het boek.

4 De les wordt afgesloten met het inleveren van het practicum blad en het klassikaal checken van de leerdoelen door een aantal leerlingen te bevragen. Huiswerk is het maken van de opgaven behorend bij paragraaf 5.1. Het tweede blokuur start met het uitdelen van de practica en het kort herhalen van het begrip soortelijke warmte. Daarna wordt het bruggetje gemaakt naar de volgende paragraaf: 'Energie en vervoer'. De docent en leerlingen gaan naar buiten voor een demonstratie proef waarbij er wordt gekeken hoever een fiets komt met zachte versus harde banden, en als daar ruimte en tijd voor is een nieuwe en oude tennisbal. Terug in het lokaal schrijven leerlingen hun conclusie op en hun eigen woordformule voor arbeid. Klassikaal wordt de formule besproken en aan de hand van het eerder geven stappenplan wordt een voorbeeld som op het bord gedaan. Leerlingen gaan vervolgens zelf aan de slag met het maken van een aantal opgaven waarbij de formule W = F! s wordt gebruikt. Zij starten hiermee met de werkvorm 'hardop nadenken' in tweetallen (zie het lesplan voor instructies). Goede leerlingen kunnen hierbij de zwakkere leerlingen helpen en zwakkere leerlingen kunnen hierbij leren van de betere leerlingen. Na deze werkvorm hebben leerlingen een keuze: of zelfstandig verder werken (met name voor de goede leerlingen), of nogmaals luisteren naar een voorbeeld som met uitleg van de docent (dit is verplicht voor de leerlingen die onvoldoende staan). Aan het eind van de les krijgen leerlingen de 'Eindopdrachten formule opgaven' en maken deze individueel. 3. Onderbouwing Practicum In het practicum van de eerste les is duidelijk onderscheid gemaakt tussen een begripspracticum en apparatenpracticum (van den Berg & Buning, 1994): eerst leren leerlingen omgaan met het VindiLab en daarna mogen ze metingen verrichten om vervolgens te ervaren dat verschillende massa's/ stoffen verschillende hoeveelheden warmte-energie nodig hebben om opgewarmd te worden. Bij het begripspracticum ligt de focus op het zelf achterhalen van de relevante variabele in de formule voor toegevoegde warmte-energie en het verband tussen deze variabelen. Daarnaast is er aandacht besteed aan voorspellen en verklaren voor een effectieve aanpak (Koops, 2009). Stappenplan Het stappenplan is opgesteld naar eigen ervaring en inzicht (met name opgedaan door het schrijven van Paper 1) en voorgelegd aan twee science-collega's en twee wiskunde-collega's. Op basis van hun feedback is het stappenplan aangepast. Drie fasen Tijdens de lessenserie hanteer ik de drie fasen van Ebbens & Ettekoven (2013, blz ) voor het aanleren van een vaardigheid. Als eerste geef ik een voorbeeld van het oplossen van een opgave waarbij een formule moet worden omgeschreven, daarna geef ik de leerlingen het stappenplan. Ten tweede geef ik de leerlingen een aantal opdrachten waarmee zij de kans krijgen te oefenen met het stappenplan en zij zich de vaardigheid eigen kunnen maken. Tot slot geef ik de leerlingen het stappenplan op papier, zet ik deze

5 in Google Classroom en hang ik deze op de muur. Naar buiten De proeven die buiten worden gedaan met de fiets en de tennisballen zijn niet moeilijk te begrijpen. Juist om deze reden sluit het prachtig aan bij het stappenplan (stap 1 en 2) van voorbeeldgestuurd onderwijs (Boltjes, 2004): het zijn twee relevante en herkenbare voorbeelden waarbij het gebied waar we naar kijken makkelijk af te bakenen is. Tijdens de uitleg van het begrip arbeid en de introductie van de formule W = F! s worden de grote lijnen en begrippen weergegeven. Daarnaast zal het naar buiten gaan de leerlingen motiveren (van den Berg & Buning, 1994), helemaal als het mooi weer is. Literatuur Opmerking: Paper 1 vormt de basis van dit lesontwerp, deze literatuurlijst is dan ook logischerwijs een greep uit de literatuurlijst van Paper 1. Bemmel, H. van, Blok, B., Hooyman, K., Philippens, M. (2013). Impact Natuurkunde 3VWO. Amersfoort: ThiemeMeulenhoff. Berg, E. van den, Buning, J. (1994). Practicum: leren ze er wat? NVOX, 19(6), Boltjes, E.G. (2004). VoorbeeldIG Onderwijs. Voorbeeldgestuurd Onderwijs, een opstap naar abstract denken, vooral voor meisjes. Maastricht: Proefschrift Universiteit Maastricht ( Ebbens, S. & Ettekoven, S. (2013). Effectief leren. Basisboek. Groningen: Wolters-Noordhoff. Koops, M.C. (2009). Fasering van verschillende soorten practica. Utrecht: Instituut Archimedes, Hogeschool Utrecht.

6 Bijlage 1 De lesplannen Lesplan 1 & 2 Docent: Margriet van der Laan ( ) Datum: 22 april 2015 Klas: 3E Vak: science/ natuurkunde Tijd: 13:30-14:15 en :15 uur Aantal leerlingen: 26 Lesonderwerp: Verbrandingswarmte en soortelijke warmte binnen de context energiegebruik in huis. Beginsituatie Situatie. De leerlingen starten met hoofdstuk 5 'Energie en technologie'. Als huiswerk hebben ze op gekregen om het hoofdstuk door te bladeren, de verkennende vragen te maken (blz. 298) en de eerste twee opgaven van 'Ontdekken' (daar hoort ook bij het lezen van bron 1 op blz. 291). Stof. De leerlingen: - kennen verschillende energiebronnen, zoals duurzame energie bronnen en fossiele brandstoffen - weten of herkennen uit hoofdstuk 1 'Elektrische apparaten' de termen rendement, vermogen, (kilo)watt, joule en de 'energieformule' E = P x t en het begrip 'soortelijke weerstand' - hebben een beeld over hun dagelijkse energieverbruik Leskern Ik (de leerling) kan uitleggen wat soortelijke warmte is en ik kan het stappenplan toepassen voor een science opgave waarbij ik een formule moet gebruiken of zelfs omschrijven. Leerdoelen Na deze les: 1. Weet de leerling dat voor verschillende stoffen een verschillende hoeveelheid warmte-energie nodig is ze eenzelfde hoeveelheid graden te laten verwarmen. 2. Weet de leerling dat het grootste deel van de energie in huis wordt gebruikt voor verwarmingstaken en dat voor het verwarmen van water veel energie nodig is en dat de soortelijke warmte van water relatief hoog is. 3. Kan de leerling met behulp van een VinciLab en een temperatuursensor de temperatuur meten in de tijd. 4. Kan de leerling rekenen met soortelijke warmte. 5. Heeft de leerling kennis gemaakt met het science stappenplan voor opgaven met formules en er een eerste keer mee geoefend. Docentdoelen - Klassikale uitleg kort & bondig houden - Ervaring opdoen met het verschil tussen een apparaten- en begripspracticum

7 Boek Impact Natuurkunde 3 vwo hoofdstuk 5 (paragraaf 5.1 'Energie in huis', blz ) Media, spullen, hulp - PowerPoint presentatie v/d docent gepresenteerd via een tablet, beamer en gegeven met behulp van een presenter (om de presentatie op afstand te kunnen bedienen) - Whiteboard + markers - Leerlingen hebben hun eigen device (met internet en het online lesmateriaal) en schrift om aantekeningen te maken - Het begripspracticum én de benodigdheden daarvan (13 setjes) - Het stappenplan uitgeprint (26 keer) Tijd Lesfase Sub/leerdoel Onderwijsactiviteit (wat ik doe en zeg) Leeractiviteit (wat de lln doen) Werkvorm 0 5 min Activeren voorkennis en aandacht op doelen v/d les richten - Huiswerk bespreken, namelijk vraag 1 en 2 (blz. 290): (1) Het dunne aluminiumfolie geeft veel minder warmte af aan de huid dan de schaal en (2) Het water neemt veel warmte van de huid op. De warmte wordt met het water afgevoerd van de huid. - Vertellen wat het lesdoel en de lesopzet is van vandaag. Eigen antwoorden vergelijken met het juiste antwoord. Luisteren. Voordracht (deels onderwijsleergesprek met aantal vragen aan de klas) 6-35 min -Instrueren over vaardigheden 1. De leerling weet dat voor verschillende stoffen een verschillende hoeveelheid warmteenergie nodig is ze eenzelfde hoeveelheid graden te laten verwarmen. 3. De leerling kan Instructies geven voor deel A, B en C van het practicum. Duidelijk aangeven: - hoeveel tijd leerlingen krijgen (30 min) - dat de volgorde belangrijk is - dat lln rustig moeten werken Jan (TOA) ondersteunt. - Tweetallen maken - Deel A: voorspellen en beredeneren (5 min) - Deel B: meetoefening maken met VinciLab (10 min) - Deel C: practicum opstellen maken, eigen metingen uitvoeren, metingen uitwisselen, tabel invullen met berekeningen en metingen verklaren, gegevens uit een grafiek Groepswerk (tweetallen)

8 met behulp van een VinciLab en een temperatuursensor de temperatuur meten in de tijd. begrijpen (15 min) - De leerling oefent zijn/haar practicumvaardigheden min -Check & feedback -Informeren over begrip - Begrip soortelijke warmte leren -Twee tweetallen vragen welke meting zij hebben gedaan, dan twee tweetallen vragen wat hun verklaringen waren - Demonstratieproef waarbij de soortelijke warmte van water wordt bepaald - Luisteren, waarnemen, verband leggen tussen demonstratieproef en eigen proef, juiste gegevens van de proef analyseren en opschrijven Voordracht (deels onderwijsleergesprek met aantal vragen aan de klas) 15 min PAUZE PAUZE PAUZE PAUZE PAUZE min Check & feedback - Leerlingen verklaren hun waarnemingen van het practicum, en analyseren wat ze hebben gedaan Instructie geven voor het afmaken van het practicum, ik loop rond om te kijken hoe ver de leerlingen zijn gekomen - Leerlingen schrijven conclusies op (in hun eigen woorden) en maken practicum af waar nodig - Opruimen van practicum spullen Tweetallen min -Informeren over begrippen/ instrueren over vaardigheden 2. Weet de leerling dat het grootste deel van de energie in huis wordt gebruikt voor verwarmingstaken en dat voor het verwarmen van - Bespreken conclusie practicum: (a) om water op te warmen is veel energie nodig en (2) er kan in water dus ook veel energie worden opgeslagen. - De formule Q = m x c x (T e - T b ) introduceren a.d.h.v. de resultaten - Stappenplan introduceren en een Luisteren en aantekeningen maken Voordracht (deels onderwijsleergesprek met aantal vragen aan de klas)

9 water veel energie nodig is en dat de soortelijke warmte van water relatief hoog is. voorbeeld beven Verwerken begeleiden 4. Kan de leerling rekenen met soortelijke warmte 5. Heeft de leerling kennis gemaakt met het science stappenplan voor opgaven met formules en er een eerste keer mee geoefend. - Vertel welke opgaven ze nu kunnen maken (9, 12 en 15), loop rond d.m.v. systematische aandachtsverdeling. - Help waar nodig, geef positieve feedback en stel vragen. Oefenen met het stappenplan: gegevens analyseren, ontleden, vraagstuk oplossen, fouten verbeteren Individueel min Check en feedback & afronden Inzien dat de leskern is geleerd. - Vragen welke leerlingen de voorspellende vraag 'hoe lang duurt het denk je om 3 ml water 10 C te laten stijgen?' goed hadden. - De leerdoelen checken door 3 leerlingen te vragen naar een van de doelen. Luisteren en inleveren practicum opdracht. Voordracht (deels onderwijsleergesprek met aantal vragen aan de klas) Huiswerk Voor de les op 11 mei vraag ik de leerlingen om de opgaven te maken behorden bij paragraaf 5.1 en het stappenplan goed door te lezen.

10 Lesplan 3 & 4 Docent: Margriet van der Laan ( ) Datum: 11 mei 2015 Klas: 3E Vak: science/ natuurkunde Tijd: 09:00 10:30 uur Aantal leerlingen: 26 Lesonderwerp: De tweede paragraaf gaat over arbeid, rendement en brandstofverbruik in de context vervoer. Beginsituatie Situatie. De leerlingen gaan verder met paragraaf 5.2 'Energie en vervoer'. Stof. De leerlingen: - hebben een beeld over zuinige en niet zuinige auto's - hebben kennisgemaakt met het stappenplan om opgaven met formules aan te pakken - weten wat in de natuurkunde wordt bedoelt met kracht Leskern Ik (de leerling) kan uitleggen wat het begrip arbeid in de natuurkunde betekent en ik kan het stappenplan toepassen voor een science opgave waarbij ik een formule moet gebruiken of zelfs omschrijven. Leerdoelen Na deze les: 1. Kan de leerling uitleggen wat arbeid is 2. Kan de leerling rekenen met de formule voor arbeid 3. Let de leerling beter op het opschrijven van de eenheden 4. Hebben de leerlingen meer zelfvertrouwen als het gaat om rekenen met formules 5. Kan de leerlingen zelfstandig werken met het stappenplan Docentdoelen - Klassikale uitleg kort & bondig houden - Leerlingen mee naar buiten nemen voor een korte demonstratie en dit in goede banen leiden Boek Impact Natuurkunde 3 vwo hoofdstuk 5 (paragraaf 5.2 'Energie en vervoer', blz ) Media, spullen, hulp - PowerPoint presentatie v/d docent gepresenteerd via een tablet, beamer en gegeven met behulp van een presenter (om de presentatie op afstand te kunnen bedienen) - Whiteboard + markers - Fiets met lege band, fietspomp, oude tennisbal en een nieuwe tennisbal - Leerlingen hebben hun eigen device (met internet en het online lesmateriaal) en schrift om aantekeningen te maken - Eindopdrachten 'formule opgaven' (26 prints)

11 Tijd Lesfase Sub/leerdoel Onderwijsactiviteit (wat ik doe en zeg) Leeractiviteit (wat de lln doen) Werkvorm 0 10 min Activeren voorkennis en aandacht op doelen v/d les richten - Practicum soortelijke warmte teruggeven en kort bespreken - Vertellen wat het lesdoel en de lesopzet is van vandaag Luisteren, fouten analyseren van het eerder gemaakte practicum Voordracht Activeren voorkennis - Wat is het effect van een zachte fietsband of een hard opgepompte band op de afgelegde weg? - De klas mee naar buiten nemen voor een demonstratie Voorspellen, waarnemen, en een leerling zit op de fiets (voert de opdracht uit), verklaren Onderwijsleergesprek Informeren over begrippen/ instrueren over vaardigheden 1. Kan de leerling uitleggen wat arbeid is 5. Kan de leerlingen zelfstandig werken met het stappenplan - Begrip arbeid introduceren - Aan de hand van het stappenplan een voorbeeld som geven Aantekeningen maken Leerlingen schrijven in eigen woorden op wat arbeid is Leerlingen bedenken in tweetallen een woordformule voor arbeid Voordracht Verwerken begeleiden 2. Kan de leerling rekenen met de formule voor arbeid Instructie geven voor de werkvorm 'Hardop Nadenken': - Gebruik opgaven 33 en 34 - Werk in tweetallen, zoek iemand op waarvan je kan leren of die je kunt helpen - Degene die het denkt te snappen (leerling A) start met opgave 33 en maakt deze opgave alleen en hardop, de andere leerling (B) luister - Leerling B controleert het Oefenen met het stappenplan d.m.v. Hardop Nadenken: Leerling A: hardop nadenken, in eigen woorden verwoorden, luisteren, analyseren, het probleem formuleren Leerling B: feedback geven, luisteren, fouten verbeteren Tweetallen

12 antwoord en geeft feedback - Draai de rollen om, gebruik opgave Informeren over begrippen/ instrueren over vaardigheden 3. Let de leerling beter op het opschrijven van de eenheden Een opgaven bespreken aan de hand van het stappenplan (voor wie wil, dit is facultatief, omdat dit niet voor iedereen noodzakelijk is) Keuze maken: zelfstandig werken of luisteren naar de uitleg Individueel/ voordracht Verwerken begeleiden 5. Kan de leerlingen zelfstandig werken met het stappenplan Uitdelen 'Eindopdrachten formule opgaven' en de klas in een toetsopstelling zetten. Maken 'Eindopdrachten formule opgaven' waarbij leerlingen tegelijkertijd oefenen Individueel min Check en feedback & afronden Inzien dat de leskern is geleerd. - Vragen aan een leerling wat het begrip arbeid inhoudt - De leerdoelen checken door leerlingen te vragen naar een van de doelen. Luisteren en eventueel een vraag van mij beantwoorden Voordracht (deels onderwijsleergesprek met aantal vragen aan de klas)

13 Bijlage 2 Begripspracticum BEGRIPSPRACTICUM SOORTELIJKE WARMTE Behorend bij paragraaf 5.1 Energie in huis (Impact 3VWO). Werk in tweetallen. Namen: en DEEL A - VOORSPELLEN Gegevens: De dichtheid van water is 1,0 g/ml De dichtheid van slaolie is 0,92 g/ml De dichtheid van glycerine is 1,26 g/ml Beantwoord de volgende vragen als voorbereiding op het practicum: 1a) Hoeveel ml is 3 g water? 1a) Hoeveel ml is 3 gr slaolie? 1a) Hoeveel ml is 3 g glycerine? 2a) Hoeveel warmte-energie is er denk je nodig om 1 g water 1 C te laten stijgen en om 1 g slaolie 1 C te laten stijgen? Schrijf je redeneringen op. 1 g water 1 C: 1 g slaolie 1 C: 2b) Van welke factoren hangt de hoeveelheid warmte die nodig is af om een bepaalde (vloei)stof een bepaald aantal graden te laten stijgen?

14 DEEL B - APPARATEN PRACTICUM (10 min) In dit practicum maak je gebruik van een VinciLab als digitale thermometer. De sensor meet de temperatuur en het schermpje geeft de gemeten temperatuur weer in een grafiek (tik op het symbool in de balk boven in het scherm): de tijd in seconden op de x-as en de temperatuur in graden Celsius op de y-as. Opdracht Neem een VinciLab en zorg dat je 30 seconden de temperatuur van het lokaal meet en dit in een grafiek zoals hierboven beschreven staat wordt weergegeven. DEEL C - BEGRIPSPRACTICUM (15 min) Benodigdheden - pipet (zie afbeelding hieronder) - 3 tot 6 ml water, glycerine en/of slaolie - klein handje zand - werkplaat (als bescherming voor het tafelblad) - VinciLab met temperatuursensor (let op: wordt erg heet!) - maatkolfje (MicroChem) - verwarmingselement (MicroChem, zie afbeelding hieronder)

15 Waarnemen Voer de volgende stappen uit: - Leg het verwarmingselement op de werkplaat. - Doe een klein beetje zand het ronde kuiltje, zoals op de foto hierboven. - Stel het verwarmingselement in op C en laat deze opwarmen. - Vul het maatkolfje met 3 gram (!) water, of glycerine, of slaolie - Zet het maatkolfje op het zand. - Sluit de temperatuursensor aan op het lichtnet. - Houd de thermometer van de VinciLab in de vloeistof en meet de temperatuur - Stop de meting zodra je in ieder geval een stijging van 10 C hebt gemeten Vraag: welk verband zie je tussen de temperatuur en de tijd? Opdracht Herhaal de proef voor verschillende vloeistoffen of verschillende hoeveelheden (3 of 6 ml), zodat je de tabel op de volgende pagina kunt invullen. Let op: als je voor de temperatuurstijging ΔT = 10 C neemt, kun je in de grafiek op de VinciLab gemakkelijk aflezen hoe lang het verwarmen duurt (dit is makkelijker dan voor 1 C temperatuurstijging). Meting Vloeistof Massa m (g) Temp. stijging ΔT ( C) Duur t (sec) Je kunt de tabel aanvullen met andere metingen (als je kijkt naar combinaties vloeistoffen - hoeveelheden) van klasgenoten. Vul de tabel aan met ten minste vier metingen, zie volgende pagina.

16 Meting Vloeistof Massa m (g) Temp. stijging ΔT ( C) Duur t (sec) Verklaren Kijk goed naar de verschillende metingen. Als het goed is zie je een verschil in de duur van het verwarmen. Hoe kun je dit verklaren?

17 DEEL D - DEMONSTRATIEPROEF SOORTELIJKE WARMTE WATER Tijdens een demonstatieproef wordt de soortelijke warmte van water bepaald. Schrijf in je eigen woorden op wat soortelijke warmte betekent: De soortelijke warmte van water is (vergeet de eenheid niet): Komt dit overeen met je antwoord op vraag 2a van voorspellen? CONCLUSIE 1. Wat is jouw conclusie van de proef die je zelf hebt gedaan en de demonstratieproef? 2. Kun je een formule bedenken voor het berekenen van de hoeveelheid warmte die nodig is af om een bepaalde vloeistof een bepaald aantal graden te laten stijgen? Je mag symbolen, maar ook woorden gebruiken. Vergelijk je antwoord met vraag 2b van voorspellen.

18 Bijlage 3 Leerlingenmateriaal Opdrachten voormeting Stappenplan formule opgave Opdrachten eindmeting

19 Startopdrachten formule opgaven De volgende twee vragen gaan over de formule R =!!!! = waar je mee hebt leren rekenen in paragraaf 1.3 'Weerstand' (Impact H1 'Elektrische apparaten'). In deze formule is: R ρ l A de weerstand in Ohm (Ω) de soortelijke weerstand (Ω mm 2 /m) lengte in meter (m) oppervlakte van de doorsnede (mm2) Schrijf bij het beantwoorden van de vragen alle tussenstappen (dus denk- en rekenstappen) op die je maakt om tot het antwoord te komen. 1. Gloeilamp In een gloeilamp zit een opgewonden gloeidraad. Deze gloeidraad is gemaakt van wolfraam. Wolfraam heeft een soortelijke weerstand van 0,55 de Ω mm 2 /m. In een gloeilamp van 40 W bestaat de gloeidraad uit een wolfraamdraad van 0,75 m lengte. De weerstand van de draad is 140 Ω. Bereken de lengte van de gloeidraad. 2. Huisinstallatie De soortelijke weerstand van koper is 0,017 Ω mm 2 /m. a] Leg uit wat het begrip soortelijke weerstand betekent door de volgende zin in te vullen: de weerstand van een koperdraad met een lengte van... en een doorsnede van... is... De draden van de huisinstallatie zijn gemaakt van koper. Een installatiedraad van 20 m lengte heeft een weerstand van 0,14 Ω. b] Bereken de weerstand van een meter elektriciteitsdraad. c] Waaraan zie je dat deze elektriciteitsdraad dikker dan 1 mm is? d] Bereken de oppervlakte van de doorsnede van het elektriciteitsdraad in de huisinstallatie.

20 Science Stappenplan Dit stappenplan (zie ook de achterkant van dit blad) is bedoeld voor science opgaven waarbij een formule aan te pas komt. 1) Doorlezen Lees de gehele opgaven goed door. Naar welke grootheid (met welk symbool) wordt er gevraagd? 2) Analyseren Stel vast welke informatie (met name grootheden) er al in de opgave is gegeven. Schrijf de symbolen met getallen en eenheden op je blad. 3) Aanvullen Bedenk met welke formule(s) je de opgave kunt oplossen en, indien nodig, welke extra informatie je nodig hebt (bijv. uit het periodiek systeem), schrijf deze op je blad. 4) Opstellen Bepaal hoe je de opgave kunt oplossen: stel de juiste vergelijking op met alleen de gevraagde onbekende aan de linkerkant van de vergelijking (z.o.z.). 5) Rekenen Vul de waarden in de door jouw opgestelde formule in en voer de berekening uit. 6) Controleren Controleer het antwoord op ARES: a. heb je een Antwoord op de vraag gegeven? b. is het een Realistisch antwoord? c. klopt de Eenheid? (Hint: hoe bereken je de grootheid?) d. klopt de Significantie? (Hint: welk getal heeft de minste significante cijfers?)

21 Het omschrijven van een formule 4) Opstellen Bepaal hoe je de opgave kunt oplossen: stel de juiste vergelijking op met alléén de gevraagde onbekende aan de linkerkant van de vergelijking (z.o.z.). De onbekende (grootheid) waar naar gevraagd wordt is één van de variabelen in de formule die je gaat gebruiken. Wiskunde en natuurkunde Bij natuurkunde noemen we dit 'het omschrijven van een formule' of de onbekende (variabele 'x') naar de andere kant brengen. Bij wiskunde noemen we dit: 'het vrijmaken van een variabele'. Balansmethode Voor het omschrijven van een formule leer je bij wiskunde de balansmethode, dat houdt in dat je aan beide kanten van een vergelijking hetzelfde getal mag optellen en aftrekken. door hetzelfde getal mag delen, óf met hetzelfde getal mag vermenigvuldigen. Voorbeeld: 5x + y = 10 Door in de vergelijking 5x + y = 10 aan beide kanten 5x af te trekken, krijg je: 5x + y -5x = 10-5x, vereenvoudigd is dit: y = 10-5x. Je hebt op deze manier de term 5x naar het rechterlid gebracht. Hiermee is de variabele y vrijgemaakt. Wil je de variabele x vrijmaken, dan deel je beide kanten van de vergelijking door 5: 5x / 5 = (10 - y) / 5 en vereenvoudigd is dit: x = 2-0,5y.

22 Eindopdrachten formule opgaven De volgende twee vragen gaan over de formule Q = m x c x (T e - T b ) waar je mee hebt leren rekenen in paragraaf 5.1 'Energie in huis' (Impact H5). In deze formule is: Q m c de hoeveelheid warme in J de massa van het water in kg de soortelijke warmte van het water (4 180 J/kg C) Te de eindtemperatuur van het water in C Tb de begintemperatuur van het water in C Schrijf bij het beantwoorden van de vragen alle tussenstappen (dus denk- en rekenstappen) op die je maakt om tot het antwoord te komen. SUCCES! 1. Om een liter water in een waterkoker aan de kook te brengen, is ongeveer 400 kj nodig. a] Leg in je eigen woorden de formule Q = m x c x (T e - T b ) uit, dus wat betekent of vertelt deze formule? b] Bereken met hoeveel graden de temperatuur van een liter water kan stijgen met 400 kj warmte. c] Kraanwater heeft meestal een temperatuur van 15 C. Waarom is er toch zo'n 400 kj nodig om een liter kraanwater aan de kook te brengen? d] Bereken het rendement van deze waterkoker. 2. Om een zwembad te verwarmen is veel energie nodig. De kosten daarvoor zijn rond de 1000 per jaar. Als energiebron kun je bijvoorbeeld aardgas gebruiken, daarvoor geldt: 1 m3 levert 32 MJ. Bereken hoeveel water van 15 C je kunt opwarmen tot 40 C als je één kubieke meter aardgas verbrand met een rendement van 93%.

23 Bijlage 4 Docentenhandleiding In deze docentenhandleiding staat extra achtergrond informatie en aanvullende zaken voor de docent die de lessenserie gaat uitvoeren. De basis van de lessenserie staat (vrij uitgebreid) beschreven in de lesopzet en de lesplannen, deze docentenhandleiding gaat er dan ook vanuit dat deze al gelezen zijn. Huiswerk Het huiswerk voor de eerste les is: - doorkijken hoofdstuk 5 'Energie en technologie' - maken Verkennen I, II en III op bladzijde Ontdekken: lezen bron 1 op blz. 291 en maken vraag 1 en 2 op blz. 290 Ook is het noodzakelijk dat leerlingen een schrift meenemen, waarin ze kunnen oefenen met het stappenplan en dus de rekenvaardigheid. Les 1 & 2 Bij de introductie is het belangrijk dat er wordt verteld dat de komende twee natuurkunde lessen erop ingericht zijn dat ze de te behandelen begrippen echt gaan snappen en dat ze er ook mee leren rekenen, doordat ze een stappenplan krijgen aangereikt. Wellicht is het zo dat niet alle leerlingen dit even hard nodig hebben, maar ik wil graag dat iedereen mee doet om te kijken hoe het jullie bevalt. Begripspracticum Er is een TOA (Jan of Brigitte) die het hele lesuur kan ondersteunen. Belangrijk is dat leerlingen - eerst de voorspellende vragen maken - tassen achterin het lokaal leggen - rustig werken Voorspellen: het is belangrijk dat leerlingen voordat ze aan de slag gaan nadenken over wat ze precies gaan meten en onderzoeken. De achterliggende redenering is hiervoor belangrijk. De uitkomsten van het opwarmen van de verschillende vloeistoffen (let op: deze hoeveelheden zijn in volume, niet in massa): Water, 3 ml: ΔT 10 C in 130 sec. 4,19 J/gK Glycerine, 3 ml: ΔT 10 C in 42 sec. 2,43 J/gK Slaolie, 3 ml: ΔT 10 C in 28 sec. 1,67 J/gK Antwoorden op de voorspellende vragen: 3 gram water is 3 ml 3 gram slaolie is 3,3 ml 3 gram glycerine is 2,4 ml 1 gram water 1 C stijgen: 4,3 sec Demonstratieproef: De soortelijke warmte van water bepalen door 1000 gram water op te warmen met een verwarmingselement met een vermogen van 1000 W. Internet: c water = 4186 J/(kg K). T begin = 16 C - 65 sec T eind = 26 C op 210 sec ΔT = 10 C in 45 sec

24 ΔT = 1 C in 4,5 sec Bepaald: soortelijke warmte van water is 1000 J/s x 4,5 s = 4500 J. Dit is hoger dan gegeven, wat komt doordat er waarschijnlijk een deel warmte verloren gaat. Stappenplan Het stappenplan is uitgebreid opgesteld. Science-docent-collega's waarschuwen ervoor dat het wellicht een te uitgebreid stappenplan is. Om deze reden kan er voor gekozen worden bij de instructie te vertellen dat de beste manier om het stappenplan te gebruiken is om deze voor elke nieuwe formule en nieuw begrip eenmaal volledig te doorlopen en als dat goed is gegaan die stappen de gebruiken die de leerling nodig heeft. Les 3 & 4 Naar buiten Als het niet mooi weer is, dan kan de demonstratie met de tennisballen in de aula bij de trap gedaan worden. Begrip arbeid en formule W = F x s Om deze goed te laten begrijpen door de leerlingen is het zinvol om (volgens het voorbeeld gestuurd onderwijs, stap 6) te zoeken naar overeenkomsten en verschillen. Als er ruimte en tijd is kan de klas de vragen gesteld worden: leg uit wat het verschil is tussen de voorbeelden van de fiets, tennisbal en de klassikaal behandelde opgave.