Diffusie en beweging van deeltjes

Omschrijving van het misconcept:

Leerlingen denken dat:

• deeltjes uitsluitend van een hoge naar een lage concentratie bewegen.
• de beweging van deeltjes stopt zodra de concentratie aan beide zijden van een membraan gelijk is.
• dat voor diffusie energie van de cel nodig is.
• deeltjes in het cytoplasma niet willekeurig bewegen.

Achtergrond misconcept

Verschillende onderzoekers (Odom, 1995; Tomažič en Vidic, 2012; Stains en Sevian, 2015; Oztas en Oztas, 2016) hebben veel voorkomende misverstanden over diffusie bij schoolkinderen beschreven die kunnen blijven bestaan ​​bij studenten tot aan de universiteit, waaronder dat:

• moleculen slechts in één richting bewegen, van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie (een gebrek aan begrip van de willekeurige beweging van deeltjes versus het concept van netto beweging);
• de beweging van deeltjes stopt nadat de concentratiegradiënt tussen twee gebieden door diffusie gelijk is gemaakt (mogelijk omdat studenten "geen netto beweging" interpreteren als "geen beweging van deeltjes");
• diffusie een externe kracht of mechanische gebeurtenis vereist (in plaats van het resultaat van de intrinsieke beweging van deeltjes);
• diffusie door een celmembraan energie van een cel vereist (of op een andere manier afhankelijk is van de aanwezigheid van een levende cel), en zou stoppen als de cel zou sterven.

Om diffusie te verklaren is een goed begrip van de deeltjes achtige aard van materie en het gedrag van deeltjes in oplossingen nodig. Johnson (1998) vat onderzoek samen waaruit bleek dat studenten verschillende manieren hebben om over stoffen en hun samenstelling op submicroscopisch niveau te denken, waaronder:

• dat stoffen een continu geheel zijn en niet uit deeltjes bestaan;
• dat moleculen in de continue stof kunnen oplossen – bijvoorbeeld dat suikermoleculen in water oplossen zonder te beseffen dat water zelf ook uit moleculen is opgebouwd.

Studenten toonden weinig kennis over de intrinsieke, willekeurige beweging van deeltjes. Bovendien hadden ze vaak misverstanden over de afstand tussen de deeltjes van een stof in de vloeibare toestand – ze kozen er doorgaans voor om de deeltjes te ver uit elkaar af te beelden, ergens tussen die van de vaste en gasvormige toestand. Dit misverstand zou kunnen worden versterkt door afbeeldingen in leerboeken waarin de afstand te groot wordt weergegeven.

Odom (1995) heeft een lijst met kennis elementen opgesteld die nodig zijn om diffusie in de context van cellen te begrijpen, waaronder:

• Alle deeltjes zijn constant in beweging.
• Diffusie omvat de beweging van deeltjes.
• Diffusie is het resultaat van de willekeurige beweging en/of botsingen van deeltjes (ionen of moleculen).
• Diffusie vindt plaats in levende en niet-levende systemen.

Voorbeeldaanpak in de les

Meerkeuzevragen over diffusie en osmose voor de HV bovenbouw:

Meerkeuzevragen diffusie en osmose 4HV.docx

University of York Science Education Group biedt bruikbare werkbladen om deze misconcepties doelgericht zichtbaar te maken en te adresseren.

In en uit de cel - 4 meerkeuzevragen

Diffusie is een passief proces - 2 meerkeuzevragen

Deeltjes in het cytoplasma - meerkeuzevraag en tekenopdracht

Geef je in het Engels biologie (TTO), dan vind je hieronder de originele Engelstalige werkbladen:

In and out of a cell - 4 multiple choice questions

Dead cel - multiple choice questions

Cytoplasm particle model - multiple choice questions

Drawing Cytoplasm - drawing excercise

Deodorant - diagnostic excercise

Bronnen en verder lezen

Christianson, R. G. and Fisher, K. M. (1999). Comparison of student learning about diffusion and osmosis in constructivist and traditional classrooms. International Journal of Science Education, 21(6), 687-698.

Çalýk, M., Ayas, A. and Ebenezer, J. V. (2005). A review of solution chemistry studies: insights into students' conceptions. Journal of Science Education and Technology, 14(1), 29-50.

Haddad, H. and Baldo, M. V. C. (2010). Teaching diffusion with a coin. Advances in Physiology Education, 34(3), 156-157.

Krajšek, S. S. and Vilhar, B. (2010). Active teaching of diffusion through history of science, computer animation and role playing. Journal of Biological Education, 44(3), 116-122.

Odom, A. (1995). Secondary & college biology students' misconceptions about diffusion & osmosis. The American Biology Teacher, 57(7), 409-415.

Odom, A. L. and Barrow, L. H. (1995). Development and application of a two-tier diagnostic test measuring college biology students' understanding of diffusion and osmosis after a course of instruction. Journal of Research in Science Teaching, 32(1), 45-61.

Oztas, F. and Oztas, H. (2016). How do biology teacher candidates know particulate movements & random nature of matter and their effects to diffusion. Journal of Education and Practice, 7(29), 189-194.

Sanger, M. J., Brecheisen, D. M. and Hynek, B. M. (2001). Can computer animations affect college biology students' conceptions about diffusion and osmosis? The American Biology Teacher, 63(2), 104-109.

Stains, M. and Sevian, H. (2015). Uncovering implicit assumptions: a large-scale study on students' mental models of diffusion. Research in Science Education, 45(6), 807-840.

Tomažič, I. and Vidic, T. (2012). Future science teachers' understandings of diffusion and osmosis concepts. Journal of Biological Education, 46, 66-71.