Handleiding Praktische opdracht Natuurkunde VWO 5. Eigen experimenteel onderzoek

Transcriptie

1 Handleiding Praktische opdracht Natuurkunde VWO 5 Eigen experimenteel onderzoek College de Heemlanden 23/3/2010 H.R. Tober

2 Inhoud Inleiding... 2 Planning... 2 Experimenteel onderzoek... 3 Werkplan... 4 Verslag Praktische opdracht... 5 Beoordeling Praktische opdracht... 6 Eigen onderzoek... 7 Practica Universiteit Utrecht... 7 Natuurwetenschappelijk onderzoek doen...11 Inleiding In de komende periode zullen jullie gaan werken aan een praktische opdracht voor het vak natuurkunde. Deze praktische opdracht zal bestaan uit een eigen experimenteel onderzoek. Dit experimentele onderzoek telt voor 15% mee in het schoolexamen cijfer. je mag een keuze maken uit een van de experimenten die worden aangeboden door de Universiteit Utrecht (zie hieronder) maar je mag ook zelf een onderzoek voorstellen. Diegene die kiezen voor een experiment op de Universiteit Utrecht zullen dit op woensdag 18 mei 2011 uit gaan voeren op de Universiteit Utrecht. (Meer informatie op: onder het tabblad docent.) Planning Wat Datum Intekenen voor onderzoek 11/4-12/4 Starten met schrijven werkplan 12/4 Inleveren werkplan 29/4 Uitvoeren metingen 18/5 Inleveren verslag 31/5 2

3 Experimenteel onderzoek Het doen van een experimenteel onderzoek bestaat uit 4 fasen: 1. Oriëntatie 2. Planning 3. Uitvoering 4. Rapportage Logboek. Alle activiteiten die je doet ivm het PO komen in een logboek te staan. In het logboek staat wanneer wie wat gedaan heeft. Dit logboek is een onderdeel van het verslag. 1. Oriëntatie Kies een experiment, je mag een keuze maken uit 1 van de experimenten die worden aangeboden door de Universiteit Utrecht (zie hieronder) je mag ook zelf een onderzoek voorstellen. Doe een verkennend literatuur onderzoek (zie practicum voorschriften). Stel de onderzoeksvragen vast. 2. Planning Maak een werkplan (zie ook de bijlage en de practicum handleidingen). Jouw docent controleert de onderzoeksvragen als deze goedgekeurd zijn kun je pas beginnen met het experiment. 2. Uitvoering Uitvoering van het in de voorbereidingsfase opgestelde (en goedgekeurde) werkplan. Voor de experimenten op de Universiteit Utrecht zal dit een middag zijn op de Universiteit. Eerste verwerking van de meetresultaten tot een antwoord op de onderzoeksvragen. 3. Rapportage Verwerking van de meetgegevens en uitwerken van de theorie Schrijven van het verslag. 3

4 Werkplan Het werkplan bestaat uit de volgende onderdelen: 1. Titelblad met titel, namen en datum 2. Inleiding Geef hier een beknopte omschrijving van de aanleiding van het onderzoek en het onderwerp van je onderzoek 3. Hoofd- en deelvragen Hoofdvraag: Deelvragen die de hoofdvraag afbakenen: Deelvragen voor het verzamelen van achtergrondinformatie: 4. Hypothese: Hypothese toegelicht aan de hand van voorlopig bronnen onderzoek, vermeld hier ook de relevante theorie. 5. Experimenten Geef aan welke experimenten je wilt gaan doen om de hoofd- en deelvragen te beantwoorden: Soort experiment De variabelen die je wilt gaan meten De variabelen die je gaat variëren. Variabelen die constant gehouden moeten worden 6. Planning Benodigdheden Onderzoekslokatie(s) en gemaakte afspraken: Eventueel kosten: Tijdsplanning: Taakverdeling: 7. Voorlopige bronnenlijst 8. Logboek 4

5 Verslag Praktische opdracht Over de proef schrijven jullie een verslag. Dit verslag bevat de volgende onderdelen: 1. Titelblad met titel, namen en datum 2. Doel Geef aan wat het doel van het experiment is, bijvoorbeeld in de vorm van een te controleren hypothese. 3. Hypothese Voordat je aan de proef begint stel je een hypothese op; wat verwacht je dat het antwoord zal zijn op je onderzoeksvraag? 4. Werkwijze Geef een korte beschrijving van het experiment. (Het overschrijven van de practicumhandleiding is niet nodig.) Maak indien nodig een tekening van de proefopstelling, waarin grootheden kunnen worden aangegeven. 5. Resultaten Geef de meetresultaten overzichtelijk weer in de vorm van een tabel en/of diagram. 6. Verwerking Laat zien hoe je de meetresultaten verwerkt om een conclusie te kunnen trekken. Het is niet nodig om alle berekeningen op te schrijven, als je bijvoorbeeld maar laat zien welke formule(s) je gebruikt voor het verwerken van de meetresultaten en daar zo nodig één voorbeeldberekening aan toevoegt. 7. Conclusie Geef aan welke conclusie kan worden getrokken uit de verwerking van de meetresultaten. 8. Evaluatie Leg een verband tussen de getrokken conclusie en het doel van het experiment (en de hypothese). Ga daarbij ook in op bijvoorbeeld de meetonzekerheid als gevolg van de gebruikte meetmethoden of meetfouten. Geef hierbij een kwantitatieve inschatting van de meetfouten. 9. Bronnen Geef de betrouwbaarheid van je bronnen aan en verwijs in de tekst naar je bronnen. 10. Logboek Schrijf op wie wat wanneer gedaan heeft 5

6 Beoordeling Praktische opdracht De praktische opdracht wordt beoordeelt volgens het onderstaande beoordelingsmodel Max Deelscore voorbereiding/theorie punten 1. 5 Inleiding Het wordt duidelijk gemaakt waarom je onderzoek interessant of belangrijk is voor jezelf en/of de maatschappij Verankering Relevante natuurkundige kennis is duidelijk aangegeven en er wordt aangegeven wat er al over het onderwerp bekend is Hoofd- en deel-vragen Er is duidelijk aangegeven wát er onderzocht gaat worden, welke variabelen een rol spelen bij het experiment. Welke achtergrond informatie relevant is en opgezocht moet worden. Theoretische en experimentele vragen sluiten op elkaar aan. Vragen hebben voldoende diepgang Bronnen Bronnen zijn goed gekozen, de keuze wordt verantwoord en er wordt in de tekst naar de bronnen verwezen. Deelscore meten en verwerken metingen 1. 5 Zelfstandigheid en probleemoplossend vermogen 2. 5 Meetvaardigheid en nauwkeurigheid Verwerking van meetgevens Denk aan tabellen, grafieken, significante cijfers, eenheden, e.d Analyse van meetgegevens Discussie Hoe betrouwbaar zijn de uitkomsten? Wat kan er worden verbeterd? Wat zijn interessante vervolgvragen? 6. 5 Taalgebruik en lay-out Planningsvaardigheden 1 5 Logboek logboek is gedetailleerd en volledig Deadlines gehaald elke dag te laat levert 1 punt aftrek op Samenwerking Zowel met de docent als onderling, te verdelen onder en door de leerlingen (bij een groepje van 3 ll zijn er 15 punten te verdelen) 6

7 Eigen onderzoek Op school kun je kiezen voor de volgende twee onderzoeken: - Analyse beweging met videometen en modelleren. - Analyse beweging met een versnellingsmeter. Je kiest hierbij zelf een beweging en doet hier theoretisch en empirisch onderzoek aan. Denk hierbij aan bewegingen tijdens sporten of bijzondere bewegingen (echt dan wel trucage) uit films. Practica Universiteit Utrecht Hieronder volgt een korte beschrijving van de experimenten op de Universiteit Utrecht. Meer informatie krijg je als je een proef gekozen hebt. Deze informatie, en soms wat meer, kun je ook vinden op onder het tabblad docent Waterweerstand Een bewegend vaartuig ondervindt altijd weerstand van het langsstromende water: het water oefent een wrijvingskracht uit op de scheepswand. Hoe groter deze wrijvingskracht is, des te groter is de stuwkracht die nodig is om het schip met een bepaalde snelheid te laten varen. Of des te kleiner is de vaarsnelheid bij een bepaalde stuwkracht. Bij het ontwerpen van schepen is dus kennis nodig over de eigenschappen van de wrijvingskracht die het water op het schip uitoefent. Je onderzoekt hoe de waterwrijvingskracht afhangt van de eigenschappen van het vaartuig. Je voert dat onderzoek uit met modelvaartuigen in een sleeptank. Ten slotte controleer je de resultaten van het experimenteel onderzoek met behulp van de theorie over stromingsverschijnselen. En aanvullend binnen het NT profiel: je kunt de beweging van de gebruikte vaartuigen modelleren op de computer. Bloedsomloop Het menselijk lichaam bestaat uit een zeer groot aantal cellen. Elke cel heeft voedingsstoffen en zuurstof nodig. Elke cel moet zijn afvalstoffen en koolstofdioxide kwijt. Dat alles moet bij de cel afgeleverd en opgehaald worden. Daarvoor is een fijn vertakt transportsysteem nodig: de bloedsomloop, met het hart en een stelsel van wijde en nauwe elastische bloedvaten. Het hart perst het bloed onder druk door het bloedvatenstelsel. Er is dus sprake van een bloeddruk. Een bloeddrukmeting is vaak een onderdeel van een onderzoek naar de lichamelijke conditie. Zo'n meting gebeurt steeds op dezelfde plaats van het lichaam: bij de bovenarm, op de hoogte van het hart. En dat gebeurt ook steeds onder dezelfde omstandigheden: bij een lichaam in rust. Je onderzoekt waarom een bloeddrukmeting steeds wordt uitgevoerd op dezelfde plaats (bovenarm) en onder dezelfde omstandigheden (lichaam in rust). Je voert dat onderzoek uit met een mechanisch model van de bloedsomloop. Ten slotte probeer je de resultaten van het experimenteel onderzoek te verklaren met behulp van de wetten van de vloeistofmechanica Echografie In de geneeskunde wordt een groot aantal technieken gebruikt om beelden van het inwendige van het lichaam te maken. De verzamelnaam voor deze technieken is medische beeldvorming. Een bekend voorbeeld van zo'n techniek is het maken van een röntgenfoto. Een ander (bekend) voorbeeld van medische beeldvorming is de echografie. Echografie is een afbeeldingstechniek die gebruik maakt van reflectie van geluid aan een grensvlak tussen twee verschillende media in het lichaam. Met de computer is dan het beeld zichtbaar te maken in de vorm van een echogram. Je gaat na hoe het opnemen en interpreteren van echogrammen in zijn werk gaat, en je onderzoekt welke factoren invloed hebben op de beeldkwaliteit. Je voert dat onderzoek uit met een opstelling voor 7

8 het maken van echogrammen van voorwerpen op de bodem van een bak met vloeistof. Ten slotte probeer je de resultaten van het experimenteel onderzoek te verklaren met behulp van de theorie over geluidsgolven. Tomografie In de geneeskunde wordt een groot aantal technieken gebruikt om beelden van het inwendige van het lichaam te maken. De verzamelnaam voor deze technieken is medische beeldvorming. Een bekend voorbeeld van zo'n techniek is het maken van een röntgenfoto. Een ander (bekend) voorbeeld van medische beeldvorming is de tomografie. Tomografie is een afbeeldingstechniek die gebruik maakt van absorptie van straling door verschillende media in het lichaam. Door de straling achtereenvolgens vanuit verschillende richtingen te laten invallen, is met de computer een beeld in de vorm van een dwarsdoorsnede van het lichaam te berekenen: een tomogram. Je gaat na hoe het opnemen en interpreteren van een tomogram in zijn werk gaat, en je onderzoekt welke factoren invloed hebben op de beeldkwaliteit. Je voert dat onderzoek uit met een opstelling voor het maken van het tomogram van een voorwerp in een bak met vloeistof. Ten slotte probeer je de resultaten van het experimenteel onderzoek te verklaren met behulp van de theorie over het berekenen van een tomogram. Geluidsnelheid De voortplantingsnelheid van geluidsgolven (of: de geluidssnelheid) in lucht is ongeveer 340 m/s. Deze geluidssnelheid is echter afhankelijk van de luchttemperatuur en luchtvochtigheid. Je meet de geluidssnelheid in lucht. Je voert dat onderzoek uit met een opstelling waarmee op drie verschillende manieren de geluidssnelheid te meten is: uit het faseverschil tussen het uitzenden en het ontvangen van een lopende geluidsgolf in een open buis, uit de looptijd van een geluidspuls in die buis, en uit de resonantiefrequenties van geluidsgolven in een gesloten buis. Je gaat na of deze meetresultaten dezelfde waarde van de geluidssnelheid opleveren, en of deze waarde in overeenstemming is met de theorie over de temperatuurafhankelijkheid van de geluidssnelheid in lucht. Lichtsnelheid De voortplantingsnelheid van elektromagnetische golven (of: de lichtsnelheid) in vacuüm en lucht is ruwweg m/s. Maar in een ander medium (zoals water, glas of perspex) is deze lichtsnelheid altijd kleiner. Dat verschil in lichtsnelheid tussen vacuüm of lucht en een ander (doorzichtig) medium veroorzaakt het verschijnsel breking. Dit verschijnsel is onder andere van belang bij het transport van elektromagnetische signalen, bijvoorbeeld bij telecommunicatiezenders en glasvezelkabels. Je meet de lichtsnelheid in lucht en andere (doorzichtige) media. Je voert dat onderzoek uit met een opstelling waarmee het faseverschil tussen het uitzenden en het ontvangen van een lopende elektromagnetische golf te meten is. Ten slotte bepaal je uit de meetresultaten de brekingsindex van de gebruikte media, en ga je na of deze in overeenstemming is met de literatuurwaarde. Bezinksnelheid Het stromende water in rivieren voert een grote hoeveelheid bodemdeeltjes met zich mee. Als het rivierwater uitstroomt in een meer of zee neemt de stroomsnelheid van het water af. De meegevoerde bodemdeeltjes zullen dan bezinken. Dit proces wordt sedimentatie genoemd. De samenstelling van een sedimentbodem is te bepalen door dit bezinkingsproces met een bodemmonster in het laboratorium nog eens over te doen. 8

9 Je onderzoekt hoe de bezinksnelheid van deeltjes in een vloeistof afhangt van hun afmeting. Je voert dat onderzoek uit met bolletjes van verschillende diameter in een bezinkbuis. Ten slotte controleer je de resultaten van het experimenteel onderzoek met behulp van de wetten van de vloeistofmechanica. Zonnecellen Zonnecellen zetten stralingsenergie van de Zon om in elektrische energie. In eerste instantie werden ze alleen gebruikt op plaatsen waar geen andere elektriciteitsvoorziening is, zoals bij lichtboeien op zee en bij satellieten die rond de Aarde draaien. Maar tegenwoordig zie je ook op bedrijfsterreinen en in woonwijken steeds meer panelen met zonnecellen op de daken. Zonnecellen leveren een bijdrage aan een duurzame energievoorziening, doordat ze de uitputting van de voorraden fossiele brandstof en de luchtvervuiling door het verstoken van die brandstof tegengaan. Maar zonnecellen zijn (nog) duur. Het is wel mogelijk om minder dure zonnecellen te produceren, maar dat heeft gevolgen voor het rendement en daarmee voor de energie-opbrengst. Je onderzoekt drie soorten zonnecellen. Deze zonnecellen zijn gemaakt van monokristallijn, polykristallijn en amorf silicium en zijn in deze volgorde steeds goedkoper te produceren. Je meet en vergelijkt het rendement van de drie soorten zonnecellen. Daarnaast meet je hoe het rendement van een zonnecel afhangt van de golflengte van het invallende licht. Vergelijkbare metingen worden gedaan door medewerkers van het Debye Instituut van de Universiteit Utrecht bij hun onderzoek naar goedkoop en snel te produceren zonnecellen van amorf silicium. Daarnaast gebruiken ze de gemeten golflengte-afhankelijkheid van het rendement van zonnecellen voor het maken van gestapelde zonnecellen met een zo hoog mogelijk rendement. Inductiespanning Een magneet die naar een spoel toe of van een spoel af beweegt, veroorzaakt een spanning over de uiteinden van de spoel: de inductiespanning. Zo'n inductiespanning ontstaat ook door de magneet bij de spoel te laten ronddraaien, zoals in een (fiets)dynamo. Of door de magneet te vervangen door een spoel aangesloten op een wisselspanningsbron, zoals bij een transformator. De inductiespanning over een spoel wordt veroorzaakt door een verandering van de magnetische flux binnen de spoel. Volgens de inductiewet van Faraday is deze inductiespanning recht evenredig met het veranderingstempo van de magnetische flux binnen de spoel. Je controleert de inductiewet van Faraday in een experimenteel onderzoek. Je voert dat onderzoek uit met een meetopstelling die bestaat uit een spoel (de inductiespoel) in het veranderende magnetisch veld van een tweede spoel (de veldspoel). Ten slotte bepaal je uit de meetresultaten de evenredigheidsconstante in de inductiewet van Faraday, en ga je na of deze in overeenstemming is met de theorie over elektromagnetisme en elektromagnetische inductie. Daarnaast kun je met de inductiewet van Faraday en een tweede meetopstelling die bestaat uit een roterende (inductie)spoel de sterkte en richting van het aardmagnetisch veld meten. Lading/massa-verhouding elektron Het onderzoek naar verschijnselen in kathodestraalbuizen in de tweede helft van de negentiende eeuw heeft geleid tot de ontdekking van het elektron. Een kathodestraalbuis is een vacuüm buis met twee elektroden: de anode en de kathode. Bij een hoge spanning over deze elektroden bleek de kathode deeltjes uit te zenden: kathodestraaldeeltjes al was het in die tijd helemaal nog niet duidelijk dat het hier om deeltjes ging, en niet om golven. De loop van de kathodestralen bleek te beïnvloeden met elektrische en magnetische velden. Daaruit werd duidelijk dat als het om deeltjes zou gaan deze deeltjes elektrisch geladen zouden moeten zijn. En dus ging men op zoek naar de eigenschappen zoals lading en massa van deze nieuwe deeltjes. Bij dat onderzoek speelde het manipuleren van de baan van deze deeltjes met elektrische en magnetische velden een belangrijke 9

10 rol. Daarbij kwam men echter voorlopig niet verder dan het bepalen van de lading/massa-verhouding van deze deeltjes. Je bepaalt in een experimenteel onderzoek de lading/massa-verhouding van het elektron, en je gaat na of deze in overeenstemming is met de literatuurwaarde. Je voert dat onderzoek uit met twee verschillende elektronenstraalbuizen: de cirkelstraalbuis en de Thomson-buis. Ten slotte ga je na met welke van die elektronenstraalbuizen de lading/massa-verhouding van het elektron het meest nauwkeurig te bepalen is. Elektronendiffractie In het begin van de twintigste eeuw raakte men langzamerhand gewend aan het idee dat een golfverschijnsel als licht en röntgenstraling ook een deeltjeskarakter heeft. Verschijnselen als het fotoelektrisch effect en het compton-effect waren alleen te verklaren door aan te nemen dat licht en röntgenstraling bestaan uit fotonen met een bepaalde energie en impuls. Daarna kwam Louis de Broglie met de volgende veronderstelling: als straling zowel een golf- als deeltjeskarakter heeft, dan zouden materiedeeltjes zich ook als golven en deeltjes moeten gedragen. In combinatie met dat idee deed hij een voorstel voor de golflengte van een materiedeeltje. Deze materiegolflengte-hypothese van De Broglie is experimenteel te controleren door na te gaan of bij materiedeeltjes zoals elektronen buigings- en interferentieverschijnselen optreden. Het golfkarakter van licht is eenvoudig aan te tonen door deze straling op een tralie te laten invallen. Bij röntgenstraling is dat in verband met de nog kleinere golflengte al wat lastiger. Daarbij moet een kristalrooster dienst doen als tralie. In beide gevallen is dan een interferentiepatroon zichtbaar. Zo n kristalrooster zou ook gebruikt kunnen worden als tralie voor het aantonen van het golfkarakter van materiedeeltjes. Je bepaalt in een experimenteel onderzoek uit het interferentiepatroon bij een op een kristalrooster invallende elektronenbundel de materiegolflengte van het elektron, en je gaat na of deze in overeenstemming is met de materiegolflengte-hypothese van De Broglie. Muonlevensduur De Aarde staat voortdurend bloot aan een bombardement van hoogenergetische deeltjes uit de ruimte. Dit verschijnsel noemen we kosmische straling. Die hoogenergetische straling uit het heelal bestaat uit gamma-fotonen, elektronen en atoomkernen. Ze botsen met hoge snelheid op stikstof- en zuurstofatomen hoog in de atmosfeer van de Aarde. Bij die botsingen ontstaan allerlei nieuwe deeltjes. Deze botsen vervolgens weer met andere atomen waarbij opnieuw allerlei deeltjes worden gevormd enzovoort. De stortvloed aan deeltjes die bij deze kettingreactie ontstaat wordt een cosmic shower genoemd. Een van de deeltjes in zo n cosmic shower is het muon. Meestal bereiken alleen de muonen uit een cosmic shower het aard oppervlak. De andere deeltjes vervallen spontaan voordat ze het aardoppervlak bereiken of worden door de aardatmosfeer geabsorbeerd. Een muon is een deeltje dat heel erg op een elektron lijkt. Het muon heeft wel een veel grotere massa dan het elektron: het is ruim 200 keer zo zwaar. Een ander verschil is dat het muon instabiel is: het vervalt tot een elektron en twee neutrino s. Je meet de levensduur van muonen. Je voert dat onderzoek uit met een muondetector waarmee de bestaanstijd van muonen die in de detector tot stilstand komen te meten is. Vanwege het statistisch karakter van het muonverval is een groot aantal metingen nodig om daaruit de muonlevensduur te bepalen. Ten slotte ga je na of de gemeten muonlevensduur in overeenstemming is met de literatuurwaarde. Het muonverval lijkt sterk op het gooien met een groot aantal dobbelstenen. Je voert dan ook een dobbelsteenexperiment uit om de theorie achter het muonverval zo goed mogelijk te begrijpen. 10

11 Natuurwetenschappelijk onderzoek doen Inleiding Binnen de natuurwetenschap wordt veel onderzoek gedaan. Sommige onderzoeken zijn heel groot, andere zijn bescheiden van opzet. Iedere natuurwetenschappelijk onderzoek volgt echter, globaal, dezelfde fases, nl.: 1. oriëntatie (voorbereiding / probleemstelling). 2. planning (bronnen verzamelen, onderzoeksplan schrijven). 3. uitvoering (literatuurstudie, uitvoeren experiment, resultaten verwerven) 4. afronding (conclusie trekken, presenteren en evalueren). Fases van het natuurwetenschappelijk onderzoek Iedere fase bestaat uit een aantal stappen. Niet alle stappen hoeven bij ieder onderzoek gezet te worden, dat hangt weer af van de grootte van het onderzoek. Fase 1: Oriëntatie Tijdens de oriëntatiefase 1. kies je een onderwerp, verdiep je je in het onderwerp en kom je tot een beschrijving van het probleem of het vraagstuk, 2. formuleer je een hoofdvraag en splits je deze zo nodig uit in deelvragen, 3. formuleer je een hypothese, 4. bedenk je globaal met wat voor soort onderzoek je de onderzoeksvraag gaat beantwoorden. De verschillende stappen van de oriëntatiefase houd je bij in het logboek van je onderzoek. Fase 2: Planning Tijdens de planningsfase 1. doe je een eerste verkenning van literatuur over je onderwerp, bestudeer je relevante theorie, beantwoord je gestelde voorbereidingsvragen en stel je eventueel op basis hiervan je hoofd- en deelvragen en/of je hypothese bij 2. maak je (een) werkplan(nen) voor de experimenten (of interviews, enquêtes, datastudies) die je gaat uitvoeren, eventueel na uitvoering van een gidsonderzoek 3. maak je een gedetailleerde planning van de rest van je onderzoek 4. leg je de resultaten van oriëntatie en planning leg je vast in een onderzoeksplan. Fase 3: Uitvoering Tijdens de uitvoeringsfase 1. voer je het onderzoek uit volgens planning 2. verwerk je je resultaten Houd tijdens de uitvoeringsfase alle resultaten en ontwikkelingen bij in je logboek. Fase 4: Afronding Tijdens de afrondingsfase 1. beantwoord je de gestelde onderzoeksvraag (je trekt dus een conclusie) 2. evalueer je je onderzoek: wat kan volgende keer beter, suggesties voor vervolgonderzoek, 3. presenteer je onderzoek. Het resultaat van deze fase is de presentatie van je onderzoek: vaak in de vorm van een 11

12 verslag, maar het kan ook bijvoorbeeld een mondelinge presentatie of een poster zijn. Toelichting bij de stappen Hier vind je een toelichting bij de diverse stappen van het natuurwetenschappelijk onderzoek. Soms wordt er ook verwezen naar een andere werkinstructie. 1.1: onderwerp kiezen en beschrijven Vaak zal het onderwerp gegeven zijn, of in elk geval een thema waar het onderwerp bij moet passen. In dat laatste geval kan het handig zijn een mindmap te maken over dat thema, om te komen tot een idee voor een onderwerp. Om te komen tot een goed geformuleerd onderzoek is het nodig je meteen in het begin al wat in het onderwerp te verdiepen. Bijvoorbeeld door je schoolboeken nog eens door te kijken, op zoek naar informatie over het onderwerp, of door wat op internet te surfen. Je bent klaar als je een duidelijke beschrijving kunt geven van het probleem of vraagstuk, waar je je mee gaat bezighouden. 1.2: hoofdvraag en deelvragen formuleren De hoofdvraag is de feitelijke onderzoeksvraag die je gaat beantwoorden. Een goede hoofdvraag is essentieel voor je onderzoek. Denk hier goed over na. Het moet een vraag zijn waarop een duidelijk antwoord mogelijk is, maar waarvan het antwoord niet triviaal (=zeer voor de hand liggend) is. Voorbeelden van niet goede hoofdvragen: Kan ik de wrijving op een model-auto meten? (antwoord: ja of nee, einde oefening) Is er een verschil tussen het spectrum van een lamp en een TL-buis (antwoord: ja, klaar) Hoe werkt een laser? (alleen theorie, direct te 'knippen-en-plakken' uit boek of internet) Waarom blijft een vliegtuig vliegen? (waarom-vragen zijn filosofisch) Welke klimaatsveranderingen treden er op en hoe komt dat? (te breed) Voorbeelden van goede hoofdvragen: Van welke factoren hangt de luchtwrijving op een voertuig af, en wat is het verband tussen elk van die factoren en de grootte van de luchtwrijving? Welke verschillen zijn er tussen het spectrum van een gloeilamp, een TL-buis en de zon? Hoe ontwerp ik een vliegtuigvleugel, zo dat een modelvliegtuig ermee kan vliegen? Wat is het El Niño-effect en welk verband is er tussen dat effect en het optreden van klimaatveranderingen op aarde? Let bij de formulering op de volgende punten: Is het een vraag? Past de vraag bij de omvang van de opdracht? Is de vraag duidelijk gesteld? Geen waarom-vragen! Is de vraag met een proef / experiment te beantwoorden? Deelvragen zijn vragen die beantwoord moeten worden om de hoofdvraag te kunnen beantwoorden. Deelvragen moeten dus niet een andere formulering van de hoofdvraag zijn, maar een opsplitsing van de hoofdvraag in kleinere delen. Als je alle deelvragen beantwoord hebt, heb je automatisch ook het antwoord op je hoofdvraag gevonden. Er is dus geen minimum en maximum aantal deelvragen. Het formuleren van deelvragen wordt vaak lastig gevonden. Het volgende kan daarbij helpen: 12

13 Kijk nog eens goed naar je onderzoeksvraag: welke deelvragen zijn nodig om het onderzoek af te bakenen? Kijk nog eens goed naar het onderwerp: welke deelvragen kun je bedenken, die nodig zijn om voldoende achtergrondinformatie over het onderwerp te verzamelen? Let bij het formuleren van de deelvragen op de volgende punten: Is het een vraag? Past de vraag bij de hoofdvraag? Is de vraag duidelijk gesteld? Geen waarom-vragen! 1.3: hypothese formuleren De hypothese is de verwachte uitkomst van je onderzoek. Uiteraard weet je nog niet wat er uit je onderzoek komt, anders hoef je het niet uit te voeren. Dit betekent echter niet dat het formuleren van een hypothese een kwestie van 'gokken' is: de hypothese moet altijd gebaseerd zijn op wat al bekend is. maak gebruik van de informatie die je hebt opgedaan, toen je je in het onderwerp verdiepte en bij de beschrijving van het probleem of vraagstuk, geef altijd een verklaring bij je hypothese, geef waar mogelijk een kwantitatieve hypothese. 1.4: onderzoek kiezen Om een natuurwetenschappelijke onderzoeksvraag te beantwoorden, kun je gebruik maken van verschillende soorten onderzoek: Experimenteel onderzoek: je voert een proef uit. Er bestaan verschillende soorten experimenteel onderzoek: o laboratoriumonderzoek (binnen onder 'gecontroleerde' omstandigheden) of veldonderzoek (buiten) o experimenteren (een proef uitvoeren, waarbij je zelf dingen verandert) of observeren (het bestuderen van je onderzoeksobject - bijvoorbeeld dieren in een dierentuin of het weer - onder verschillende omstandigheden) o echte proeven (in een laboratorium of in het veld) of simulaties (op een computer) Interviews en enquêtes: je interviewt of enquêteert mensen die tot de doelgroep van je onderzoek horen of experts die veel van je onderzoeksgebied afweten. Data-onderzoek: je maakt gebruik van data die anderen verzameld hebben (bijvoorbeeld grote DNA- of klimaat-databanken), of je genereert data met behulp van een computersimulatie. Literatuur- of bronnenonderzoek: je onderzoekt bronnen (op internet, in de bibliotheek, maar ook bijvoorbeeld gemeente-archieven e.d. horen hierbij) om je onderzoeksvraag te beantwoorden. Grote onderzoeken bestaan vaak uit een combinatie van een aantal kleinere onderzoeken, bijvoorbeeld een experiment en een literatuurstudie. 2.1: voorlopig bronnenonderzoek Je gaat zoek naar bronnen (literatuur) die je bij je onderzoek kunt gebruiken. Het gaat dus om bronnen waarin je informatie over één of meerdere deelvragen kunt vinden. Maak hierbij een lijst van gevonden bronnen, waarin je per bron aangeeft de titel van de bron *) wat voor soort bron het is (informatieboek, tijdschriftartikel, url, schoolboek, krantenartikel, ) voor welke deelvraag de bron bruikbaar is hoe betrouwbaar jij die bron vindt en waarom 13

14 bij boeken, etc: waar je de bron kunt vinden *) Denk eraan dat bij informatie van het internet altijd het volledige adres wordt gevraagd (schrijf de volledige adresbalk over) en zeker nooit (lees NOOIT) Het kan zijn dat je op grond van je eerste bronnenonderzoek je hoofd- en/of deelvragen wat moet bijstellen. Dat is op dit punt van je onderzoek nog goed mogelijk. 2.2: werkplan en vooronderzoek Afhankelijk van de manier waarop je je onderzoek gaat uitvoeren (experimenteel onderzoek, interview, enquete, data-analyse) maak je een passend werkplan. Zie hiervoor de werkinstructies voor het maken van een werkplan. Bij een groot onderzoek is het van belang dat je werkplan echt klopt, dat je met de gekozen opzet de goede resultaten haalt. Dan kan het handig zijn om eerst een vooronderzoek (of gidsexperiment) uit te voeren en op grond daarvan je werkplan bij te stellen. 2.3: planning van je onderzoek Maak een planning van de volgende zaken: presentatievorm Niet bij ieder onderzoek heb je keus in de presentatievorm. Als je dat wel hebt, is het verstandig goed te kijken naar de verschillende mogelijkheden en een keus te maken die je bevalt. Kijk hiervoor bijvoorbeeld bij de werkinstructie over presenteren. Een verslag is echt niet altijd nodig! benodigdheden Maak een lijst van benodigdheden voor je (praktisch) onderzoek. Dus: materialen, instrumenten, chemicaliën. Geef ook aan waar je die benodigdheden vandaan gaat halen. Wanneer je gebruik wilt maken van benodigdheden die niet op school aanwezig zijn, moet je concreet duidelijk maken hoe je daaraan komt. plaats Geef aan waar je je onderzoek gaat uitvoeren. Als je een deel van je onderzoek buiten school gaat doen, moet je hiervoor al afspraken gemaakt hebben. Neem die op in je onderzoeksplan. kosten Geef een reële schatting van de kosten. Denk aan materialen en reiskosten. tijd Maak een activiteitenplanning. Neem de volgende onderdelen in je planning op: het bestuderen van de literatuur / bronnen het beantwoorden van de deelvragen, die niet experimenteel beantwoord kunnen worden het uitvoeren van de deelonderzoeken het verwerken van de gegevens het maken van de presentatie het uitvoeren van de presentatie taakverdeling Als je je onderzoek met twee of meer doet, kun je meer doen dan in je eentje. Het is dan wel van belang dat je een goede taakverdeling maakt: 'we doen alles samen' is dat niet... 14

15 2.4: schrijven van het onderzoeksplan De resultaten van de oriëntatie- en planningsfase leg je vast in een onderzoeksplan. Het onderzoeksplan heeft twee functies: a) Je begeleider kan a.h.v. het onderzoeksplan de haalbaarheid van je onderzoek inschatten b) Het onderzoeksplan is je leidraad tijdens de uitvoering van het onderzoek en voorkomt dat je vastloopt omdat je niet vantevoren goed hebt nagedacht over wat je gaat doen en hoe je dat gaat doen. Het onderzoeksplan is niet hetzelfde als een werkplan voor een experiment of proef: in een onderzoeksplan schrijf je ook zaken op over planning van tijd en middelen en taakverdeling. Een uitgebreid onderzoek omvat vaak een proef, soms zelfs meer dan één. Een onderzoeksplan zal dus vaak één of meer werkplannen als bijlage bevatten. Een onderzoeksplan is beknopt geschreven in goed Nederlands: dus geen lange verhalen maar ook geen telegramstijl. Opsommingen mogen wel. Het onderzoeksplan dient er netjes uit te zien: getypt of netjes geschreven op A4-formaat. Voor het schrijven van het onderzoeksplan kun je gebruik maken van het werkblad onderzoeksplan. 3.1: uitvoering van je onderzoek Voer je onderzoek volgens planning uit. Houd al je resultaten bij. Houd je logboek bij. Literatuurstudie Voor de beantwoording van sommige deelvragen heb je niet genoeg aan het experiment. Je moet bronnen bestuderen. Noteer van iedere bron die je bestudeert: de bron-beschrijving, denk eraan: het volledige adres bij informatie van het internet (een samenvatting van) de inhoud, voor zover relevant voor jouw onderzoek. prints van plaatjes, tabellen, voor zover relevant voor je onderzoek. Een handige manier van werken is de volgende: maak voor iedere deelvraag een mapje doe in dat mapje papier, waarop je alle relevante informatie over die deelvraag verzamelt. Noteer steeds de bron van de informatie!! stop printjes, etc. die bij de deelvraag horen ook in dat mapje praktisch werk Voer je praktisch onderzoek volgens planning uit. Let daarbij op de volgende zaken: volg je onderzoeksplan als je afwijkt van je onderzoeksplan, noteer dat dan in je logboek. Noteer ook waarom maak aantekeningen van de resultaten en je waarnemingen tijdens het experiment. Gebruik ook hiervoor je logboek. maak als het mogelijk is (digitale) fotos tijdens je experiment. Die kunnen je later nog informatie geven over de opstelling e.d. Bovendien kan het leuk zijn voor op je poster. Het is handig om voor je experiment een apart mapje te maken, waar je alle informatie in bewaart. 3.2: verwerking van resultaten Verwerk je resultaten zo, dat je ze kunt gebruiken om je deel en/of hoofdvragen te beantwoorden. Vat belangrijke informatie in je eigen woorden samen 15

16 Maak zoveel mogelijk gebruik van tabellen en grafieken 4.1: conclusie De conclusie geeft in je eigen woorden het antwoord op je hoofd en eventuele deelvragen weer. Geef aan of je hypothese klopte of niet. Formuleer zo mogelijk een nieuwe hypothese. 4.2: evaluatie Evalueer zowel het product van je onderzoek (je resultaten) als het proces (hoe het gegaan is). Formuleer verbeterpunten en suggesties voor vervolgonderzoek. Denk bij de evaluatie van je onderzoeksresultaten aan de volgende punten: zijn de resultaten betrouwbaar hoe nauwkeurig zijn de resultaten wat ging goed bij de proef, wat niet, wat kan een volgende keer beter wat zou een vervolg-onderzoeksvraag kunnen zijn? Deze evaluatie van het onderzoek kun je als discussie opnemen in je verslag (of andere presentatie). Denk bij de evaluatie van het proces aan de volgende punten: heb je je aan de planning gehouden? welke problemen traden daarbij op? hoe verliep de samenwerking met je groepsgenoten hoe verliep de begeleiding? wat heb je van dit onderzoek geleerd? wat vond je leuk, wat vond je minder leuk? wat ga je een volgende keer anders doen? Deze evaluatie van het proces kun je in een nawoord opnemen in je verslag (of andere presentatie) 4.3: presentatie Schrijf het verslag, of bereid een andere presentatievorm voor. Maak gebruik van de werkinstructies voor die presentatievorm. 16

17 17