Werken aan de onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad aso

Transcriptie

1 Werken aan de onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad aso Marie-Josée Janssens 19 november 2011 Marie-Josée Janssens Alle rechten voorbehouden

2 1 De SETOC algemeen kader 1.1 WAT VERSTAAT MEN ONDER ONDERZOEKSCOMPETENTIE? Letterlijk betekent onderzoekscompetentie de competentie om te onderzoeken. Een competentie is een combinatie van kennis, vaardigheden en attitudes waarmee een persoon op een correcte wijze handelt in een bepaalde situatie. Een competentie veronderstelt altijd een combinatie van denken en doen: het is een doordacht handelen. Dat doordacht handelen engageert de hele persoon en houdt bijgevolg ook persoonskenmerken en attitudes in. Onderzoeken betekent het uitvoeren van een aantal handelingen waarbij men gegevens verzamelt om tot de oplossing van een bepaald probleem te komen. Onderzoekscompetent is men dus indien men over de nodige kennis, vaardigheden en attitudes beschikt om de handelingen voor een onderzoek uit te voeren. 1.2 EINDTERMEN EN ONDERZOEKSCOMPETENTIE Overzicht van de eindtermen - figuur gemaakt door Marijke Covens 1.3 WERKEN AAN DE EINDTERMEN IN VERBAND MET ONDERZOEK A Waar werken aan de onderzoekscompetentie voor Wetenschappen? Door de aard van de vakken in de pool wetenschappen zitten het onderzoekend leren en het leren onderzoeken in de gemeenschappelijke eindtermen wetenschappen, dus ook in de De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 2

3 leerplannen van de basisvorming. Het werken aan de onderzoekscompetentie is aldus aanwezig in de leerplannen biologie, chemie en fysica van de basisvorming. Het werken aan de specifieke eindtermen onderzoekscompetentie gebeurt uitgebreider in de studierichtingen van de pool wetenschappen, in de tweede graad voor de vakken, biologie, chemie en fysica, in de derde graad voor de vakken aardrijkskunde, biologie, chemie en fysica. B Wanneer werken aan de onderzoekscompetentie? Het is evident dat de school aan de onderzoekscompetentie voldoende aandacht besteedt in de vaklessen. Er hoeven geen extra lesuren uitgetrokken te worden bovenop het pakket dat voor de pool voorzien is. Om zowel de taakbelasting van de leraar als de studiebelasting van de leerling te bewaken worden het aantal opdrachten buiten de lesuren zoveel mogelijk beperkt. Sommige scholen kiezen ervoor aan de onderzoekscompetentie te werken in het kader van de Vrije ruimte. Dit biedt ontegensprekelijk extra tijdruimte en kansen op verdiepend werken. Behalve dat er een andere invulling aan de Vrije ruimte wordt gegeven dan oorspronkelijk bedoeld werken aan vernieuwende projecten - kan deze optie inherent een aantal problemen geven. Vooreerst is de Vrije ruimte dan niet langer vrij, maar wordt ze voorwerp van controle bij schooldoorlichting. Verder moeten in dat geval alle leerlingen van eenzelfde pool kiezen voor een onderzoeksproject binnen hun pool. Ze kunnen dan niet langer vrij kiezen voor een project in een ander domein. Zo behaalt bijvoorbeeld een leerling uit Wetenschappen-wiskunde die een seminarie economie volgt, daarmee niet de eindtermen onderzoekscompetentie voor zijn studierichting. C Praktisch werken aan de onderzoekscompetentie In de VVKSO-mededeling van 26 juni 2008 lezen we: Toch is het niet uit te sluiten dat de vakken van een pool, los van elkaar aan hun doelen werken (zie ook de voetnoot i.v.m. natuurwetenschappelijke vakken onder 3.3). De aard (inhouden, te oefenen vaardigheden, ) van de vakken laat niet altijd even vlot vakoverschrijdend werken toe. Dan kan de school ervoor kiezen om bijvoorbeeld voor de pool moderne talen in de poolvakken afzonderlijk maar complementair aan de opbouw van de onderzoekscompetentie te werken. Ook daar zijn afspraken nodig. Zowel bij vak- als bij pooloverstijgend werk moet telkens de gelijkwaardige uitwerking worden gewaarborgd. In de leerplannen chemie VVKSO worden de practica aangegeven als dé plaats waar kan worden gewerkt aan het realiseren van de onderzoekscompetentie. Vermoedelijk is dit ook het eenvoudigst wat praktisch haalbare organisatie betreft maar andere opties zijn zeker toegelaten. D Hoe werken aan de onderzoekscompetentie? Hoe men concreet werkt aan de onderzoekscompetentie is de vrijheid van de leraar. Alleszins met haalbare opdrachten zowel voor de leraar als voor de leerling. Eenvoudige minionderzoekjes volstaan, op het niveau van de leerling. Al de onderzoeksopdrachten gebeuren bij voorkeur tijdens de lessen op school met de infrastructuur van de school. Een extra bezoek en contacten met een onderzoekslabo kan daarbij zeer waardevol zijn maar is geen vereiste. Ook bij ICT-opdrachten en actieve werkvormen (BZL) kunnen open onderzoeksopdrachten aan bod komen. De onderzoekscompetentie koppelen aan een uitgebreid eindwerk hoeft evenmin. In geen geval wordt de vorming van toekomstige wetenschappelijke onderzoekers beoogd. Belangrijk is een geleidelijke groei te waarborgen: van klein naar groot, van gesloten naar open opdrachten, van begeleid naar zelfstandig, van 1 naar enkele lesuren Dit betekent een De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 3

4 groei vanaf de tweede graad via kleine mini-probleempjes, onder begeleiding, aan de hand van een gesloten instructie, met het accent op onderzoekend leren en op verwondering wekken, als een introductie tot leren onderzoeken. Voorbeelden: - Twee flesjes: een met kraantjeswater, een met gedestilleerd water, beide met ogenschijnlijk zuiver water. Welk flesje bevat zuiver water? - Kennismaking met alcoholen ROH. Hoe aantonen of OH al dan niet dezelfde groep is als in NaOH? Naar het einde van de derde graad vindt een evolutie plaats naar een open opdrachtje met beperkte inhoud, met het accent op meer zelfstandig onderzoek. Voorbeelden: - Mengsel van 3 stoffen uit een verzameling van 10. Welke stoffen bevat het mengsel? - Koperkleurige draad: is die van kopermetaal? Het leren onderzoeken gaat gepaard met onderzoekend leren en mondt uit in een zelfstandig onderzoekje. Leerlingen leren een onderzoeksvraag stellen, een eenvoudig onderzoek opzetten, uitvoeren en daarover rapporteren en reflecteren. Duidelijk is dat hierbij de natuurwetenschappelijk onderzoeksmethode wordt gehanteerd: vanuit een hypothese of (onderzoeks)vraag gegevens verzamelen (metingen doen, experimenteren, waarnemen), de bekomen resultaten ordenen en een verband zoeken ter staving van de hypothese of om de onderzoeksvraag te beantwoorden, conclusie trekken, rapporteren en eventueel bijsturen of overgaan naar een daaruit vloeiende vraag. Kortweg spreekt men van de OVUR-methode: oriënteren, voorbereiden, uitvoeren, reflecteren. 2 Aanbreng van de OC in de tweede graad 2.1 STAPSTENEN LEREN ONDERZOEKEN Bij aanvang een overzicht / opfrissing geven van het verloop van een onderzoek. Vanaf 2012 hebben de leerlingen hiermee reeds kennis gemaakt in de eerste graad NW. Nadien wordt daar waar mogelijk de onderzoeksmethode geëxpliciteerd in demo-experimenten en worden in verschillende practica enkele deelcompetenties ingeoefend. Belangrijk hierbij is telkens de onderzoeksstappen te situeren in de gekozen onderzoeksmethode. 2.2 OVERZICHT VAN DE DEELCOMPETENTIES MOGELIJKE LEERLIJN Deelcompetenties zijn: Stellen van een onderzoeksvraag Formuleren van een hypothese (indien van toepassing) Voorbereiden = vooronderzoek Verwerven van onderzoeksgegevens via experiment: waarneming, meting, enquête, simulatie... Verwerken van bekomen gegevens in een tekst, tabel, grafiek, schets, film, foto Resultaten interpreteren = formuleren van conclusie = beantwoorden van onderzoeksvraag Evalueren en reflecteren Rapporteren De recht gedrukte onderdelen hiervan komen in nagenoeg elk klassiek practicum voor. In de ontwikkeling van de onderzoekscompetentie zullen ook de schuin gedrukte speciale aandacht krijgen. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 4

5 Deelcompetentie Derde jaar (D/P) Vierde jaar (D/P) Onderzoeksstappen van een integraal onderzoekje Onderzoeksvraag Begeleid practicum stofeigenschappen Demo- en practicum Wet van Lavoisier Bij elke demoproef, in elk practicum, al dan niet door leerlingen (zie verder). Begeleid practicum krijt Bij elke demoproef, in elk practicum, al dan niet door leerlingen. Inoefenen bij Groene lipstift Hypothese formuleren Daar waar zinvol bij een demoproef of in een practicum. Inoefenen bij practicum Geleidbaarheid Voorbereiden * onderzoeksvoorstel * benodigdheden Experiment technieken 1 Filtreren 2 Extraheren 3 Chromatografie 4 Elektrische geleiding 5 Temperatuurmeting 6 Massameting 7 ph-meting (papier) 8 Polariteit (elektrostatica) 9 Opvangen van gassen Identificatiereacties 1 Zuurstofgas 2 Waterstofgas 3 Dichloor 4 Koolstofdioxide 5 Zuur-base-indicatoren 6 Water 7 Neerslagen 8 Vlamkleuren 9... In onderwijsleergesprek (OLG) in verband met een demoproef Als werkwijze van een practicum is gegeven, de benodigdheden laten invullen Inoefenen bij onderzoeksopdracht Base of alcohol? Integreren in practica (1, 2, 3, 5, 6) Integreren in practica (4, 7, 8) Integreren in demo en/of practica (1, 2, 3) Integreren in demo en/of practica (4, 5, 6, 7) De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 5

6 Waarnemingen weergeven / Gegevens verwerken 1 tekst 2 tabel 3 grafiek 4 schets 5 film of foto 6... Integreren in demo en/of practica Inoefenen bij Waarnemingen E. Claeys Inoefenen bij practicum Geleidbaarheid Meetresultaten interpreteren vanuit 1 tabelgegevens 2 grafische voorstellingen Daar waar zinvol bij een demoproef of in een practicum. Ook in toetsvragen Daar waar zinvol bij een demoproef of in een practicum. Ook in toetsvragen Beantwoorden van de onderzoeksvraag Algemene experimentele vaardigheden 1 Markeren materiaal 2 Slechts 1 parameter wijzigen 3 Blanco benutten 4 Referentie benutten 5 Onderscheid waarneming / conclusie 6... Rapporteren * Noteren van alle gegevens: materiaal, concentratie, opstelling, waarneming, conclusie Na elk experiment Daar waar zinvol integreren in demo en/of practica Ook in toetsvragen Onder sterke begeleiding inoefenen bij practica. Na elk experiment Daar waar zinvol integreren in demo en/of practica 5 Inoefenen bij Waarnemingen E. Claeys Ook in toetsvragen Onder sterke begeleiding inoefenen bij practica, na verloop van tijd onderdelen zelfstandig laten invullen Reflecteren over uitvoering Reflecteren over resultaat Kritische houding inoefenen na elk experiment. Kritische houding inoefenen na elk experiment, na verloop van tijd door de leerling De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 6

7 3 De leerling op weg naar de onderzoekscompetentie Onderzoeken betekent handelingen uitvoeren die leiden tot een antwoord op een onderzoeksvraag. Onderzoekscompetent ben je indien je over voldoende kennis, vaardigheden en attitudes beschikt om een bepaald probleem te onderzoeken, om het antwoord te zoeken en te kunnen geven op een onderzoeksvraag in verband met een bepaald onderwerp. Elk onderzoek gebeurt in verschillende fasen. Binnen een onderwerp wordt eerst een onderzoeksvraag en/of hypothese geformuleerd, dan volgt de voorbereiding van het onderzoek waarbij wordt nagegaan welke gegevens ontbreken om de vraag te beantwoorden, daarna via een gekozen techniek die ontbrekende gegevens verzameld, uiteindelijk het antwoord gegeven op de onderzoeksvraag en over het onderzoek gerapporteerd en gereflecteerd. De natuurwetenschappelijke onderzoeksmethode sluit hier direct op aan. Typisch voor de natuurwetenschappen is dat de resultaten worden vergaard door experimenteel werk. 3.1 ZO VERLOOPT EEN ONDERZOEK - ALGEMEEN WERKMODEL Een volledig onderzoek verloopt in verschillende stappen, die onder meer worden samengevat in het werkmodel OVUR: oriënteren, voorbereiden, uitvoeren en rapporteren/reflecteren. Oriënteren Voorbereiden Uitvoeren Rapporteren/ Reflecteren 1 Kiezen van het onderwerp, verkennen van het onderzoeksprobleem 2 Formuleren van de onderzoeksvraag 3 Eventueel een hypothese formuleren 1 Nodige informatie verzamelen 2 Experiment selecteren 3 Onderzoeksvoorstel formuleren 4 Voorstel werkwijze uitschrijven 5 Benodigdheden verzamelen 1 Verwerven van informatie: verzamelen van gegevens, waarnemingen, meetresultaten 2 Verwerken van informatie: gegevens ordenen en kritisch interpreteren 3 Formuleren van besluit en eventuele verklaring 4 Beantwoorden van de onderzoeksvraag 1 Overdragen van informatie = schrijven van verslag en/of gegevens presenteren. 2 Evaluatie van het onderzoeksresultaat = confrontatie met ander onderzoek. 3 Evaluatie van het onderzoeksproces = evaluatie van de uitvoering, eventueel bijsturen van het onderzoek, aanvullende onderzoeksvragen. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 7

8 3.2 VOORBEELD OVUR: KUNSTSTOFAFVAL SCHEIDEN Dit onderzoekspracticum beschreven door Frans Killian in NVOX januari 2011 (zie kopie op cd-rom) en gebaseerd op publicaties in Journal of Chemical Education past mooi in het hoofdstuk Eigenschappen van zuivere stoffen en Zuivere stoffen afzonderen uit mengsels. A Onderzoeksvraag Bij het inzamelen van glas wordt gevraagd om wit en gekleurd glas in een verschillende container te verzamelen en aldus selecteren. Het is immers moeilijk om deze galssoorten industrieel te scheiden. Plastiekafval mag wel worden gemengd in de PMDzak. Blijkbaar is een scheiding van de verschillende soorten veel eenvoudiger. Hoe kunnen op een eenvoudige manier de kunststoffen PE, PVC, PP en PS worden gescheiden om opnieuw te worden gebruikt? Vooraleer de scheiding van kunststofafval op industriële schaal plaatsvindt wordt het afval gewassen en versnipperd. Wij onderzoeken een versnipperd mengsel. Informatie over dit mengsel is weergegeven in onderstaande tabel. Kunststof Naam Massadichtheid Kleur PE polyetheen 0,94 g/cm³ PVC polyvinylchloride 1,30 g/cm³ PP polypropeen 0,90 g/cm³ PS polystyreen 1,04 g/cm³ Hypothese Als we het mengsel in een vloeistof brengen dan zal de kunststof met een massadichtheid < dan de massadichtheid van de vloeistof telkens gaan drijven, de andere kunststoffen gaan zinken. B Voorbereiding Onderzoeksvoorstel We brengen het mengsel in water: een deel zal drijven (PE en PP) en een ander gedeelte zal zinken (PVC en PS). Dan scheppen we het gedeelte dat drijft af en brengen het in een vloeistof met massadichtheid < massadichtheid van water en geschikt om PE en PP te scheiden. Het gezonken gedeelte brengen we in een vloeistof met massadichtheid > massadichtheid van water. Voor de doorgedreven scheiding moeten we eerst vloeistoffen met geschikte massadichtheid zoeken. Nieuwe vraag of deelvraag: Welke vloeistoffen bezitten een geschikte massadichtheid? Olie? Alcohol? Zoutwater? Suikerwater? Grenadine? Benodigdheden Bekerglazen 600 ml Brandspiritus, keukenzout, water Roerstaafje Stukjes plastiek van verschillende soort: PE, PP, PS, PVC en liefst van verschillende kleur. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 8

9 C Uitvoeren Werkwijze en waarnemingen We voegen aan het kunststofmengsel kraantjeswater toe en nemen waar dat de gele en witte stukjes plastiek drijven, de groene en de zwarte stukjes zinken. We scheppen de drijvende kunststoffen af en brengen die over in een tweede beker. We houden het water en de gezonken snippers in de beker. We voegen zout toe aan het water om de massadichtheid van de vloeistof te verhogen en aldus de stukjes PS tot drijven te brengen. PS blijkt de zwarte deeltjes te zijn. Aan de tweede beker voegen we wat water toe en nadien brandspiritus om aldus de stukjes PE tot zinken te brengen. PE blijken de gele deeltjes te zijn. Schematisch overzicht Beantwoorden van de onderzoeksvraag PVC (hier groen), PS (hier zwart), PP (hier melkachtig wit), PE (hier geel) kunnen worden gescheiden op basis van hun massadichtheid: zie schematisch overzicht. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 9

10 D Reflecteren Bij de uitvoering van de proef Er dient te worden geroerd om de plastieksnippers te scheiden. Zoniet zal de scheiding onvolledig gebeuren omdat sommige zwaardere deeltjes kunnen gevangen zitten tussen de lichtere. Olie is ook lichter dan water. Olie komt theoretisch in aanmerking om de drijvende bestanddelen va n elkaar te scheiden. Olie maakt echter de snippers vettig. Na scheiding moeten de snippers dan worden gewassen. Daarom is brandspiritus beter. De vloeistoffen kunnen telkens terug worden herbruikt. We verzamelen ze in daartoe bestemde flessen. Aanvullend onderzoek Is deze methode ook bruikbaar om een onbekend plastiek te identificeren? Beschrijf hoe je te werk zou gaan. Lukt deze methode ook om mengsels van meer plastieksoorten te scheiden? Hoe moeten we dan te werk gaan? De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 10

11 3.3 SETOC-STAPPEN IN HET DERDE JAAR: PRACTICA EN DEMO Onderzoekspracticum: scheidingstechnieken School Naam Straat Klas Plaats Datum ONDERZOEKSPRACTICUM SCHEIDINGSTECHNIEKEN Attitudes Veiligheid Orde en materiaalbak Werkwijze Gedrag Labojas dicht? Haren in orde? Boekentas achteraan? R/S zinnen uitgeschreven? Veiligheidsbril? (bij bunsenbrander) Glaswerk gereinigd? Bak volledig met materiaal op juiste plaats? Bak op juiste plaats in de kast? Efficiënt verzamelen van benodigdheden? Gebruik van juiste hoeveelheden? Lezen en opvolgen van beschreven werkwijze? Afval juist verwijderd? Inzicht in doelstellingen van practicum? Veiligheid medeleerlingen? Vlotte samenwerking? Overbodig praten en rondlopen? Jas netjes terug in kast? Chromatografie van viltstiften ORIENTEREN Onderzoeksvraag Zijn de kleurstoffen in viltstiften zuivere stoffen of mengsels van verschillende kleurstoffen? Geeft eenzelfde kleur van verschillende merken dezelfde kleurensamenstelling? VOORBEREIDEN A - Informatie verzamelen Wat is een zuivere stof? Wat is een mengsel? Van welke kleuren hebben we verschillende merken beschikbaar? B Benodigdheden schaar, koffiefilterzakje, 4 wateroplosbare viltstiften (rood, zwart, groen en 1 kleur naar keuze), beker 250 ml of hoge bokaal, kraantjeswater, horlogeglas of bokaaldeksel De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 11

12 C Werkwijze - Doe in de beker of bokaal een beetje water (0,5 cm) - Snijd uit de filterzak 4 reepjes van ongeveer 1 cm breedte en nummer deze bovenaan. - Breng op 1 cm van de onderzijde één kleurenstip aan per reep - Hang vervolgens de strookjes papier in de beker, ervoor zorgend dat de stip zich steeds boven de loopvloeistof (= water) bevindt. - Plooi daarvoor het bovenste deel om de rand van de beker. De repen mogen nergens de bekerwand noch elkaar raken. - Dek de beker af. - Laat de vloeistof opstijgen, tot ze juist onder de rand van de bokaal is. Haal de strookjes eruit en laat drogen. UITVOEREN Waarnemingen Kleef 2 van de vier strookjes op de achterkant van dit blad en nummer ze. De leerling waarmee je samenwerkt kleeft de andere 2 strookjes op. Geef een duidelijk overzicht van je waarnemingen. Vul hiertoe onderstaande tabel in kleur van viltstift kleur van de vlek(ken) REFLECTEREN Vermeld de kleur van de viltstift(en) waarvan de kleur opgebouwd is uit een zuivere stof in een overzichtstabel voor verschillende merken van stiften (Laat leerlingen eerst zelf iets proberen en kies dan de meest overzichtelijke, bv het volgend voorbeeld) Stiftkleur Merk Bruin Onbekend 1 Onbekend 2 Grijs Staedler Carioca Zwart Staedler Stabilo Onbekend 1 De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 12

13 Welke kleurstof uit het mengsel is het best oplosbaar en wordt het minst geadsorbeerd? (Bv. omcirkelen in bovenstaande tabel) Een vlek veroorzaakt door een viltstift op een kledingstuk wordt gedept met een doekje gedrenkt in water, aceton of methanol. Na drogen zie je een kring in het kledingstuk. Schrijf hiervoor een verklaring. Extractie en filtratie van koffie ORIENTEREN Onderzoeksvraag Welke invloed heeft de temperatuur van het water op de extractie van koffie? Wordt even sterke koffie bekomen uitgaande van dezelfde massahoeveelheid gemalen koffie en bonen koffie indien men telkens evenveel water van dezelfde temperatuur gebruikt? VOORBEREIDEN Benodigdheden beker 250 ml, beker 100 ml, erlenmeyer, trechter, roerstaafje, filtreerpapiertje, lepeltje, Groep 1 Groep 2 Groep 3 Groep 4 gemalen koffie gemalen koffie 4 koffiebonen 4 koffiebonen koud water heet water koud water heet water Werkwijze - Breng in de beker 20 ml water - Voeg de koffie toe en laat 5 minuten trekken - Maak ondertussen de opstelling voor de filtratie klaar - Filtreer het mengsel in de erlenmeyer - Noteer de waarneming voor elk filtraat De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 13

14 UITVOEREN Waarnemingen Overzichtelijk weergeven in tabel hieronder Groep 1 Groep 2 Groep 3 Groep 4 REFLECTEREN 1 Is de koffie volledig opgelost? Motiveer je antwoord. 2 Bij het koffie- en theezetten thuis combineren we twee scheidingstechnieken. Welke? 3 Waarom gebruik je warm water bij het zetten van koffie? 4 Waarom gebruik je gemalen koffie? 5 Welke fysische eigenschap speelt een rol bij het extraheren van stoffen? 6 Welke 2 factoren spelen een rol bij het extraheren van koffie in water? 7 Bij bepaalde koffiezetapparaten kan je de snelheid waarmee het water toedruppelt regelen. Lust je graag sterke koffie, dan regel je de watertoevoer dusdanig dat het water traag toedruppelt. Ben je haastig dan laat je het water vlugger doorstromen: de koffie is dan minder geconcentreerd. Schrijf een verklaring voor dit fenomeen. 8 De Belg Wim Verstraeten won met zijn teamgenoot Bertrand Piccard de eerste transatlantische ballonrace. Die tocht duurde 122 uren. Uiteraard moest de inwendige mens regelmatig gesterkt worden. Er werd o.a. koffie gezet. Verklaar volgende uitspraak van het winnend team: «We zetten ook koffie, maar omdat water op 3400 m hoogte al bij 60 C kookt, was de kwaliteit niet zo best.» De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 14

15 3.3.2 Wet van Lavoisier integraal onderzoek Onderzoeksvraag 1: Verandert de totale massa aan stoffen tijdens een chemische reactie? Eventuele hypothesen: De massa neemt af massa neemt toe massa blijft ongewijzigd. Voorbereiden 1 Wat hebben we nodig om de massa te bepalen? Hoe zouden we kunnen nagaan wat er gebeurt met de massa aan stoffen tijdens een chemische reactie? Uitvoeren 1 Proef 1: Verbranding van staalwol Waarneming: de balans helt door aan de rechterkant. Reflecteren 1 Conclusie: Tijdens deze chemische reactie neemt de massa toe. Nieuwe vraag: Gebeurt dit ook als we bijvoorbeeld paraffine verbranden? Onderzoeksvraag 2 Voorbereiden 2 Uitvoeren 2 Proef 2: Verbranding van paraffine Op beide schalen een theelichtje plaatsen eventueel in evenwicht brengen met tarra het kaarsje in de linkerschaal ontsteken na een tijdje helt de balans door aan de rechterkant. Alternatief: Theelichtje op balans plaatsen massa bepalen theelichtje laten branden na 10 minuten opnieuw de massa noteren. Massa neemt af. Opm.: het is goed beide varianten uit te voeren opdat de leerlingen niet zouden denken dat het resultaat afhankelijk is van de gebruikte balans. Reflecteren 2 Conclusie: Tijdens een chemische reactie neemt de massa af. Nieuwe vraag: De resultaten van proef 1 en proef 2 schijnen elkaar tegen te spreken. Wat bij een andere reactie dan een verbranding? Onderzoeksvraag 3 Voorbereiden 3 Uitvoeren 3 Proef 3: Reactie tussen een overmaat zuur en een base gekleurd met fenolftaleïne. Of tussen een zeepoplossing en kalkwater Er treedt een chemische reactie op (mengsel wordt kleurloos/neerslagvorming). De totale massa blijft ongewijzigd. Reflecteren 3 Conclusie: Tijdens deze chemische reactie blijft de massa dezelfde. Nieuwe vraag: Is dit verschillend resultaat te wijten aan het ontstaan van gassen? De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 15

16 Onderzoeksvraag 4 Voorbereiden 4 Uitvoeren 4 Proef 4: Reactie met gasontwikkeling: bakpoeder en huishoudazijn Om het effect van de wet van Archimedes niet te laten opmerken best een balans tot op 1 g nauwkeurig gebruiken. bakpoeder azijn Reflecteren 4 Conclusie: Ook tijdens deze chemische reactie blijft de massa dezelfde. Verdere discussie/eventueel verder onderzoek: Wat met de massa als we een kaarsje laten branden in een afgesloten ruimte? Hoe de vaststellingen van proef 1 te verklaren? (reactie met zuurstofgas uit de lucht waarbij zuurstof wordt gebonden aan het ijzer om een samengestelde stof (oxide) te vormen.) Eindconclusie: De wet van Lavoisier Omdat bij een chemische reactie bestaande atoomstructuren worden afgebroken tot op de atoom en deze atomen in andere combinaties weer samenkomen en aldus andere stoffen vormen, geldt volgens Lavoisier dat de totale massa van alle stoffen voor de reactie gelijk is aan de totale massa van alle stoffen na de reactie. Aanvullende reflectie: wat leren we hier algemeen uit wat betreft experimenteel onderzoek? - Niet te vlug conclusies trekken. Indien bijvoorbeeld enkel reacties zoals reactie 2 worden uitgevoerd komt men tot foutieve conclusies. - Een waarneming moet breed geldig zijn alvorens we van een wetmatigheid kunnen spreken. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 16

17 3.3.3 Zure hosties - voorbereiden ONDERZOEKSVRAAG Zure hosties, ook wel ouwels of vliegende schotels genoemd zijn snoepjes bestaande uit twee gekleurde hosties met daartussen een mengsel dat wanneer het in contact komt met het speeksel in de mond voor een sprankelend, verfrissend en zuur effect zorgt. Is het verfrissend effect van de zure hostie te wijten aan een endotherme reactie tussen bestanddelen van het snoepje? VOORBEREIDEN Hypothese Principe waarop mijn idee steunt Voorstel werkwijze Benodigdheden Werkwijze Open 5 hosties en breng de inhoud ervan in een bekerglas van 100 ml. Meet de temperatuur t = C Voeg ongeveer 2 ml water toe en noteer de temperatuursverandering t = C Benodigdheden Zure hosties bekerglas 100 ml (2) - thermometer UITVOEREN Noteer je waarneming REFLECTEREN Formuleer een conclusie in verband met het verfrissend effect van zure hosties. Beantwoordt het gevonden resultaat aan de hypothese? Indien niet: hoe stuur je de hypothese bij? Wat liep goed wat betreft de uitvoering? Waar zou je de uitvoering kunnen verbeteren? Alternatief 1: Enkel de werkwijze geven. De leerlingen vullen op basis daarvan de benodigdheden in, ze voeren het experiment uit en formuleren een bijbehorende onderzoeksvraag en/of hypothese. Alternatief 2: Deze reactie is niets anders dan de reactie tussen bakpoeder en citroenzuur en kan eventueel ook - al dan niet aanvullend - worden geïllustreerd met bakpoeder en citroenzuur uit de voorraadbokaal. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 17

18 3.3.4 Periodiciteit binnen PSE grafisch verwerken van gegevens Doelstelling: gegevens opsporen, verzamelen in overzichtelijke tabel, grafisch verwerken, grafieken interpreteren Onderzoeksvraag Hoe veranderen smelttemperatuur, aantal elektronen in de buitenste schil, de atoomstraal voor de eerste 18 elementen van het periodiek systeem. Voorbereiding Welke gegevensbronnen zijn beschikbaar? Welke kiezen we? Uitvoering Z symbool ts e 1- a o 1 2 0, Ts 0,15 0,1 a Ts 0, Z e Conclusies De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 18

19 3.4 SETOC-STAPPEN IN HET VIERDE JAAR: PRACTICA EN DEMO Zuur/base-indicatoren - vaardigheden Onderzoeksvraag Welke kleur vertonen indicatoren in een zure oplossing, in een basische oplossing? Voorbereiden Aan gescheiden fracties van een zure oplossing de verschillende indicatoren toevoegen. Idem voor een basische oplossing. Uitvoeren Breng in 2 putjes van een nunclonschaaltje telkens een kleine hoeveelheid waterstofchloride. Voeg aan in elk putje 1 à 2 druppels van telkens een andere indicator toe. Noteer de waargenomen kleur in onderstaande tabel. Herhaal voor de andere oplossingen. Waarneming Waterige oplossing van Fenolftaleïne Methyloranje Waterstofchloride formule =.. Azijn Natriumhydroxide formule =.. Kaliumhydroxide formule =.. Rapporteren en reflecteren Alle zuren kleuren dezelfde zuur-base-indicator hetzelfde. Alle hydroxiden kleuren dezelfde zuur-base-indicator eveneens hetzelfde maar duidelijk anders dan de zuren. Voor de concrete kleuren: zie overzichtstabel. Welk voordeel heeft het gebruik van de tabel? Overzichtelijkere weergave dan alles in woorden opschrijven. Minder plaats nodig om waarnemingen te noteren. Systematisch: vergelijkbaar met het uitzicht van het nunclonschaaltje. Systematisch: onmiddellijk duidelijk welke proef al is uitgevoerd en welke nog niet. Hoe zouden we best te werk gaan om vergissingen te vermijden? Opdat we goed zouden onthouden welke stof in welk schaaltje zit kunnen we de schaaltjes markeren. Eventueel kunnen we de schaaltjes op een wit blad papier zetten en ernaast noteren wat in elk putje aanwezig is. Een wit blad papier geeft bovendien een goed contrast om de kleuren waar te nemen. De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 19

20 3.4.2 Zure snoepjes Onderzoeksvraag Snoepjes smaken zuur. Reageren ze chemisch als een zuur? Voorbereiden Onderzoeksvoorstel - hypothese Het zuurkarakter van een oplossing kan worden vastgesteld met een indicator. Een voorbeeld van een indicator is fenolftaleïne die in basisch midden fuchsia kleurt en in zuur midden kleurloos is. Nemen we een roosgekleurde fenolftaleïne-oplossing en leggen we daar een snoepje in dan moet de oplossing ontkleuren indien de zure smaak komt van een chemisch zuur. Benodigdheden - bekertje 100 ml, 2 petrischalen - kraantjeswater, fenolftaleïne-oplossing, NaOH-opl. 0,1 mol/liter - een snoepje Uitvoeren Werkwijze - Breng 80 ml water gieten in het bekertje, voeg enkele druppels indicatoroplossing toe en verder 1 of enkele druppels NaOH-oplossing tot een duidelijk roze kleur wordt verkregen. - Verdeel de oplossing over de 2 petrischalen. - Een snoepje in een petrischaal leggen, de andere schaal houden als getuige. Waarneming: Ontkleuring van fenolftaleïne door citroenzuur Rapporteren - reflecteren De fenolftaleïneoplossing ontkleurt. Dit duidt op de aanwezigheid van zuren in het snoepje. Fruitzuren en toegevoegde zuren veroorzaken een kleuromslag van de indicator. Bron Gebaseerd op: Experimente mit Gummibärchen, Justus-Lipsius-Universität, Giessen Tips voor verder onderzoek - Sommige snoepjes hebben een zuur laagje. Reageren snoepjes zonder zuurlaagje ook als een zuur? - Laat een geel/rood/rood snoepje leggen in de indicatoroplossing broomthymolblauw/ lakmoes/ methyloranje die geel/rood/rood kleurt in zuur midden. Trek als begeleider het resultaat in twijfel door de geelkleuring/roodkleuring/roodkleuring te wijten aan het oplossen van kleurstof uit het snoepje. Laat de leerling een voorstel bedenken om ondubbelzinnig te bewijzen dat de geelkleuring/roodkleuring/roodkleuring inderdaad van het zuur komt. (Antw.: de proef opnieuw doen met snoepje van dezelfde kleur en een fenolftaleïneoplossing of met een anders gekleurd snoepje en dezelfde indicatoroplossing. Indien gelijktijdig en een andere kleur en een andere indicator worden gebruikt veranderen er twee parameters en is de conclusie onzeker.) De onderzoekscompetentie chemie in de tweede graad VeLeWe 2011 M.-J.Janssens 20