Inleiding
Welkom bij de natuurwetenschaplessen van wetenschapsoriëntatie.
Lesdoelen
Na deze lessen:
- Heb je een beter beeld van wat bèta-wetenschap inhoudt
- Heb je geoefend met het bedenken en uitvoeren van experimenteel onderzoek
- Heb je geleerd over hoe en waarom voorwerpen bewegen
- Heb je ervaring opgedaan met Word en Excel als hulpmiddel voor je wetenschappelijke analyse
Eindresultaat
Je eindresultaat is een dossier dat je inlevert in Magister - Opdrachten. Dit dossier bevat de uitwerkingen van de opdrachten en een verslag van de door jou uitgevoerde proef. Het document moet er naast de inhoudelijke kwaliteit ook verzorgd uitzien.
Planning
- Opstellen van je onderzoek (opdracht B1-B6)
- Uitvoeren en analyseren van je onderzoek (opdracht B7-)
- Verwerking in Word en Excel
Samenwerken
Deze opdracht doe je in tweetallen.
Stap 1: Vallen; wat is dat?
In het najaar vallen de blaadjes van de bomen. Veel dorre bladeren op straat en op het spoor is het gevolg. De bomen laten niet voor hun lol die bladeren vallen, dat zou een verspilling betekenen en aan verspilling doet de natuur niet. De meeste loofbomen laten hun bladeren vallen omdat het noodzakelijk is de winter te kunnen overleven, want als de grond erg koud of bevroren is, kunnen de boomwortels geen vocht meer opnemen.
In dat geval zouden de bomen verdrogen, omdat ze door hun bladeren veel vocht verliezen. Dat is maar op één manier te voorkomen: weg met dat blad. Dit proces wordt beïnvloed door de dalende temperatuur in het najaar en - heel belangrijk - het teruglopend uren daglicht.
De boom zorgt ervoor dat zoveel mogelijk voedingsstoffen vanuit het blad teruglopen naar de stam en daar worden die voedingsstoffen opgeslagen. Dan vormt zich langzaam een kurklaagje tussen bladsteel en twijg, dat de verbinding tussen die twee verbreekt. Het blad krijgt dus geen nieuwe aanvoer meer van voedingsstoffen en de nog aanwezige bladgroenkorrels sterven langzaam af. Dicht bij de nerven blijft het blad nog het langst groen, omdat daar altijd nog wat voedselresten zijn achtergebleven.
Hoe zit het dan met de felle kleuren die de bladeren van een boom of struik laten zien in de herst? Die gele, rode en purperen tinten waren altijd al aanwezig in het blad, maar werden overheerst door groen, en nu het groen verdwijnt, worden deze kleuren pas zichtbaar .De oudste bladeren van een boom vallen het eerst af. Dit zijn altijd de bladeren het dichtst bij de stam. Bij populieren kan je dit altijd goed zien, er wapperen dan nog wat blaadjes aan de uiteinden van de takken tot deze ook afvallen.
Tot zover het waarom van het afsterven van de blaadjes, hoe vallen de blaadjes eigenlijk? Welke eigenschappen van de bladeren zorgen ervoor hoe snel een blad valt? Daarvoor moet je eerst iets weten waarom dingen vallen.
Bekijk onderstaande korte video over de Engelse wetenschapper Isaac Newton en zijn bewegingswetten.
Newton en zijn drie wetten van beweging
Opdracht B1
Vat in je eigen woorden de drie wetten van Newton samen. Maak gebruik van informatie uit het filmpje.
Wat valt sneller?
Een steen of het blad van een boom, welke valt sneller? De meesten van ons zullen geneigd zijn te zeggen dat het de steen is. Om achter het antwoord op deze vraag te komen, kunnen we een onderzoek (experiment) uitvoeren.
Ten eerste zul je een onderzoeksvraag moeten opstellen. Hoe stel je ook al weer een onderzoeksvraag op? De onderzoeksvraag kan bijvoorbeeld luiden:
Je laat twee verschillende voorwerpen van dezelfde hoogte vallen. Het ene voorwerp is een stuk zwaarder dan de andere. Welk voorwerp zal als eerste de grond raken?
Dat is een eenvoudige vraag waarop drie antwoorden mogelijk zijn.
- Het lichte voorwerp raakt als eerste de grond
- Het zware voorwerp raakt als eerste de grond.
- Beide voorwerpen raken tegelijk de grond
Voordat je je onderzoek gaat uitvoeren heb je al een verwachting welke van deze drie juist is. Dat noem je je hypothese. In je experiment ga je eigenlijk testen of die verwachting klopt (dan is je hypothese bevestigd) of niet klopt (dan is je hypothese verworpen).
Je eerste antwoord op de onderzoeksvraag zegt iets over de achtergrondkennis en -ervaring die je hebt. In elk van de drie antwoorden zit wel iets.
Opdracht B2a
Welke van de drie mogelijkheden vindt jij het waarschijnlijkst? Leg je antwoord uit.
Opdracht B2b
Stel je onderzoeksvraag op. Kijk hiervoor naar het volgende filmpje: https://www.youtube.com/watch?v=166JRAfIHn0
Laten we nog even naar de mogelijkheden kijken:
Het lichte voorwerp raakt als eerste de grond
Waarschijnlijk zal niemand daarvoor kiezen. Op basis van onze ervaring is het niet aannemelijk.
Het zware voorwerp raakt als eerste de grond
Op zich niet zo’n gek antwoord, onze ervaring leert immers dat zware voorwerpen bij een valbeweging over het algemeen eerder beneden zijn dan lichte voorwerpen. Dit is zeker het geval bij voorwerpen die van grote hoogte vallen (van een balkon of uit het raam op de tweede verdieping). De geleerde Aristoteles uit de Griekse oudheid wist het al: zware voorwerpen vallen sneller dan lichte voorwerpen.
Beide voorwerpen raken gelijktijdig de grond
Dit is volgens onze natuurkundeboekjes het juiste antwoord. Natuurlijk is het zo dat de aarde harder trekt aan een zwaar voorwerp. Het is echter ook zo dat een zwaar voorwerp moeilijker in beweging is te krijgen. Deze twee effecten heffen elkaar precies op: zware en de lichte voorwerpen vallen met dezelfde versnelling. Of het nu gaat om ballen, muntjes, papiertjes of bloempotten: alles valt even snel op aarde. De geleerde Galileo had hiervoor als een van de eersten een mooie verklaring. Hij stelde, dat je de zware en de lichte bal eerst gelijktijdig liet vallen. Volgens de toen geldende opvattingen zou de zware bal als eerste beneden zijn, dat hadden ze geleerd van Aristoteles. Galilei was het niet eens met Aristoteles en stelde voor om het experiment nog eens uit te voeren. Ditmaal met de twee ballen aan elkaar geknoopt. De zware bal zou geremd worden door de lichte bal en dus zouden de twee aan elkaar geknoopte ballen later de grond raken dan de zware bal. Het gekke hiervan is wel dat de twee aan elkaar geknoopte ballen natuurlijk nog zwaarder zijn dan de zware bal alleen en dus eerder de grond zouden moeten raken dan de zware bal. Galilei kwam al tot de conclusie dat dit natuurlijk nooit kan. Hij stelde daarom dat alle voorwerpen op aarde dezelfde valversnelling ondervinden. Galilei wist hetzeker: alle voorwerpen op aarde vallen even snel.
Galilei heeft helemaal gelijk: als de zwaartekracht de enige kracht is die er op voorwerpen werkt, vallen alle voorwerpen met dezelfde versnelling. In het dagelijks leven is er echter bijna altijd een spelbreker in de buurt: de wrijvingskracht. De wrijvingskracht remt de valbeweging, voor zware voorwerpen is de wrijvingskracht relatief gering en kunnen we deze verwaarlozen. Voor lichte voorwerpen mogen we de wrijvingskracht niet verwaarlozen, deze kracht heeft een waarneembaar effect en een licht voorwerp valt langzamer dan een zwaar voorwerp.
Maar klopt dit ook? Dat wilden de makers van onderstaand filmpje laten zien. Ze bedachten een onderzoeksopzet die het kan laten zien. Je moet je experiment zo bedenken, dat je door goed te kijken en te meten (waar te nemen) een antwoord kunt vinden op je onderzoeksvraag. Je voert dan het experiment verschillende keren uit, waarbij je iedere keer alles gelijkhoudt en één ding verandert (je variabele). Zo kun je goed zien wat de invloed van die variabele is. In het bovenstaande voorbeeld kun je twee voorwerpen nemen: een zware en een lichte en dan meten hoe lang die erover doen om van dezelfde hoogte de grond te raken.
Als je de proef hebt uitgevoerd, kun je daar een conclusie aan verbinden: klopt mijn hypothese of niet?
In onderstaand filmpje wordt zo'n onderzoekje uitgevoerd.
Opdracht B3
Wat is nu je conclusie? Leg uit of het klopte wat je van te voren dacht: klopte je hypothese of niet?
Bronnen: natuurkunde.nl, SchoolTV
Stap 2: Onderzoeksopzet maken
Meten is bij bèta-onderzoeken heel belangrijk: we proberen zo veel mogelijk dingen uit te drukken in getallen (lengtes, oppervlaktes, tijd, snelheden). Vaak proberen we te zoeken naar verbanden, bijvoorbeeld: als je harderremt, sta je snellerstil. Als je straks je onderzoeksopzet gaat maken, bedenk dan goed wat je gaat meten en wat je daarvoor nodig hebt.
Je onderzoek leg je vast in een verslag. Dat is belangrijk omdat een experiment herhaalbaar moet zijn: iemand anders moet jouw onderzoek kunnen uitvoeren en dan zouden de uitkomsten hetzelfde moeten zijn.
Je gaat straks zelf een onderzoekje uitvoeren over vallende bladeren. Om een goed experiment op te kunnen zetten, zul je eerst op zoek moeten gaan naar geschikte variabelen. Wat bepaalt nu eigenlijk hoe snel een blad valt?
Opdracht B4
Welke eigenschappen van een blad zouden van invloed kunnen zijn op de valsnelheid? Schrijf vijf eigenschappen op. Geef ook aan of je denkt dat deze eigenschap ervoor zorgt dat het blad harder of minder hard valt.
Opdracht B5
Leg goed uit waarom je bij een onderzoek dat je uitvoert altijd maar één van deze eigenschappen moet veranderen en niet meerdere.
Opdracht B6
Kies één van de bij B4 gegeven eigenschappen uit en bedenk een onderzoeksopzet om te kijken wat de invloed van deze eigenschap is op de valsnelheid van een blad. Motiveer waarom je deze eigenschap gekozen hebt.
Opdracht B7
-
Bedenk een goede onderzoeksvraag (zie vraag B2b)
-
Bedenk wat je verwacht (je hypothese) en waarom
-
Beschrijf hoe je je experiment gaat uitvoeren:
-
Bespreek je onderzoeksvraag en onderzoeksopzet met één van de docenten
Stap 3: onderzoek uitvoeren
Opdracht B8
Je gaat nu je beschreven - en met de docent besproken - experiment uitvoeren. Zorg voor een goede taakverdeling. Noteer al je metingen en waarnemingen. Zet je meetresultaten in een tabel.
Opdracht B9: conclusie
Kun je je resultaten verklaren? Is het wat je had verwacht? Probeer een goede conclusie te schrijven (dat is meer dan alleen zeggen of je hypothese klopt). Dat zijn drie of vier zinnen.
Opdracht B10: evaluatie
Wat ging er goed? Wat kan er beter? Werkte alles zoals je had verwacht? Wat zou je een volgende keer anders doen en waarom?
Opdracht B11: verslag
Schrijf van je uitgevoerde onderzoek een kort onderzoeksverslag. Hoe je dat moet doen, kun je vinden in Magister. Je gaat daar naar het document "Hoe maak ik een eenvoudig practicumverslag." (zie de inleiding van de opdracht) In dit document staat precies waaraan je verslag moet voldoen en er is ook een voorbeeld gegeven. Je gebruikt je antwoorden op de opdrachten voor je verslag.
Het verslag en de opdrachten lever je in via Opdrachten in Magister of via Teams.
Stap 4: beoordeling
Je geeft de beoordeling van jouw bèta-opdracht als volgt vorm:
- Vul de rubric voor jouw eigen werk in en bepaal aan de hand daarvan jouw eigen cijfer. Noteer dit cijfer in je verslag en leg met argumenten uit waarom deze beoordeling bij jouw werk past.
- Vraag aan twee andere leerlingen om jouw werk te beoordelen aan de hand van de rubric. Kies leerlingen uit waarvan jij vindt dat ze jouw werk objectief kunnen beoordelen (niet te positief of negatief bijvoorbeeld). Ook zij geven een cijfer en leggen dit uit met argumenten.
- Vergelijk jouw eigen beoordeling met die van je klasgenoten. Beantwoord daarbij voor jezelf de volgende vragen: Komen de cijfers overeen? Waar komen eventuele verschillen vandaan? Heb ik nog verduidelijking van de beoordeling van mijn klasgenoot nodig? Ben ik tevreden met mijn eerste beoordeling en vind ik die nog steeds terecht? Is een andere beoordeling passender?
