TOEGEPASTE NATUUR- WETENSCHAPPEN

TOEGEPASTE NATUUR-WETENSCHAPPEN

DERDE GRAAD TSO

BROOD EN BANKETSLAGERIJ EN VLEESWAREN

LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS

september 2005LICAP – BRUSSEL D/2005/0279/002

TOEGEPASTE NATUUR-WETENSCHAPPEN

DERDE GRAAD TSOBROOD EN BANKET

SLAGERIJ EN VLEESWAREN

LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS

LICAP – BRUSSEL D/2005/0279/002september 2005

(Vervangt D/2003/0279/042)ISBN-nummer: 90-6858-451-0

Vlaams Verbond van het Katholiek Secundair OnderwijsGuimardstraat 1, 1040 Brussel

3de graad TSO 3 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren D/2005/0279/002

Algemene Inhoud

LESSENTABEL Brood en banket .................................................................5

LESSENTABEL Slagerij en vleeswaren .......................................................6

TOEGEPASTE CHEMIE .................................................................................7

TOEGEPASTE FYSICA ................................................................................21

3de graad TSO - Lessentabel 5 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren D/2005/0279/002

Lessentabel

Brood en banket 3de graad TSO Pedagogische uren/week Administratieve vakbenaming vakbenaming

Minimum-maximum 30-36 30-36

Godsdienst 2 2 AV Godsdienst Aardrijkskunde 1 1 AV Aardrijkskunde Engels 0-2 0-2 AV Engels Frans 2 2 AV Frans Geschiedenis 1 1 AV Geschiedenis Lichamelijke opvoeding 2 2 AV Lichamelijke opvoeding Nederlands 2 2 AV Nederlands Wiskunde 2 2 AV Wiskunde Creatieve technieken 1-2 1-2 AV Plastische opvoeding/KV Beeldende vorming/TV Bakkerij

Praktijk/Stage 8-12 8-12 PV Praktijk of PV/TV Stage (1) Bakkerij Technologie 4 4 TV Bakkerij/Voeding Toegepaste economie 3 3 TV Bakkerij/Toegepaste economie Toegepaste natuur- 2 2 TV Toegepaste natuurweten- wetenschappen schappen

Leerplan in deze brochure opgenomen.

(1) Minimum-maximum aantal uren stage: in het 1ste leerjaar en het 2de leerjaar: 2-6

6 Lessentabel - 3de graad TSO D/2005/0279/002 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren

Lessentabel

Slagerij en vleeswaren 3de graad TSO Pedagogische uren/week Administratieve vakbenaming vakbenaming

Minimum-maximum 30-36 30-36

Godsdienst 2 2 AV Godsdienst Aardrijkskunde 1 1 AV Aardrijkskunde Engels 0-2 0-2 AV Engels Frans 2 2 AV Frans Geschiedenis 1 1 AV Geschiedenis Lichamelijke opvoeding 2 2 AV Lichamelijke opvoeding Nederlands 2 2 AV Nederlands Wiskunde 2 2 AV Wiskunde Creatieve technieken 1-2 1-2 AV Plastische opvoeding/KV Beeldende vorming/TV Slagerij

Praktijk/Stage 8-12 8-12 PV Praktijk of PV/TV Stage (1) Slagerij Technologie 4 4 TV Slagerij/Voeding Toegepaste economie 3 3 TV Slagerij/Toegepaste economie Toegepaste natuur- 2 2 TV Toegepaste natuurweten- wetenschappen schappen

Leerplan in deze brochure opgenomen.

(1) Minimum-maximum aantal uren stage: in het 1ste leerjaar en het 2de leerjaar: 2-6

3de graad TSO - Toegepaste chemie 7 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren D/2005/0279/002

TOEGEPASTE CHEMIEDERDE GRAAD TSO

EERSTE LEERJAAR: 2 UUR/WEEK


8 Toegepaste chemie - 3de graad TSO D/2005/0279/002 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren

Inhoud

1 Beginsituatie......................................................................................................... 9

2 Algemene doelstellingen..................................................................................... 9

3 Algemene pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen ......... 9

4 Overzicht van de leerinhouden ......................................................................... 11

5 Leerplandoelstellingen - Leerinhouden - Pedagogisch- didactische wenken ........................................................................................... 12

5.1 Koolstof als basiselement ................................................................................................................12 5.2 Koolwaterstoffen...............................................................................................................................12 5.3 Monofunctionele verbindingsklassen ...............................................................................................12 5.4 Polyfunctionele verbindingsklassten ................................................................................................14 5.5 Kunststoffen .....................................................................................................................................16

6 Evaluatie ............................................................................................................. 16

7 Minimale materiële vereisten ............................................................................ 17 7.1 Basisinfrastructuur............................................................................................................................17 7.2 Basismatreiaal..................................................................................................................................17 7.3 Chemicaliën......................................................................................................................................17 7.4 Beschermmiddelen...........................................................................................................................18 7.5 Visualiseren in de chemie ................................................................................................................18

8 Bibliografie ......................................................................................................... 18 8.1 Leerboeken ......................................................................................................................................18 8.2 Naslagwerken...................................................................................................................................18 8.3 Publicaties ........................................................................................................................................19


1 Beginsituatie

De leerlingen hebben in de 2de graad de studierichting ‘Brood en banket’ of de studierichting ‘Slagerij en vleeswaren’ gevolgd. De doelstellingen van het leerplan AV Chemie van deze studierichtingen gelden als beginsituatie. De doelstellingen slaan terug op volgende algemene inhouden: - structuurmodel van de materie;

- atoombouw en periodiek systeem;

- de chemische binding;

- de chemische reactie.

2 Algemene doelstellingen

De relatie leggen tussen enerzijds de chemische samenstelling en structuur van voedingsstoffen en anderzijds hun eigenschappen en toepassingen. Inzien en verklaren dat vertering van voedsel en opname van voedingsstoffen chemische processen zijn. Verworven chemische kennis toepassen bij technische behandelingen die aan bod komen in de praktijklessen. Een gepaste attitude verwerven in verband met het veilig en milieubewust omgaan met stoffen en materialen. Gevaarsymbolen kennen en tabellen met R- en S-zinnen gebruiken. Verantwoord omgaan met chemicaliën. Een verslag van een experiment opstellen steunend op een instructieblad. Een verband leggen tussen resultaten van een experiment en geziene leerstof. Zich voorbereiden op hogeschoolonderwijs met één cyclus in het studiegebied Gezondheidszorg optie ‘voeding en dieetkunde’ en in het studiegebied Industriële wetenschappen optie ‘biochemie’.

3 Algemene pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen

Om de algemene en leerplandoelstellingen te bereiken is het nodig dat de lessen in een aangepast en goed uitgerust vaklokaal doorgaan. Naast demonstratieproeven worden er ook leerlingenpractica georganiseerd. Deze practica kunnen dienen om: - leerstof aan te brengen en te verduidelijken;

- theorie te concretiseren;

- zich laboratoriumtechnieken eigen te maken;

- een gepaste attitude te verwerven in verband met het verantwoord omgaan met stoffen.

Voor het visualiseren in de chemie wordt gebruik gemaakt van stereomodellen, computersimulaties, transparanten en video. In rubriek 'Minimale materiële vereisten’ wordt weergegeven wat aanwezig moet zijn op het gebied van infrastructuur en materiaal.


De nodige voorzieningen voor een correct afvalbeheer moeten genomen worden. Door de leerlingen te laten werken met kleine hoeveelheden en door recuperatie van chemicaliën zal men ervoor zorgen dat het chemisch afval minimaal is. Voor de keuze van chemicaliën voor demonstratieproeven en voor leerlingenpractica zal de leraar rekening houden met de aanbevelingen weergegeven in de brochure ‘Chemicaliën op school’. Deze brochure staat vermeld in rubriek 8 ‘Bibliografie’. Minstens 6 laboratoriumoefeningen of leerlingenpractica worden verplicht gesteld. Deze zijn vrij te kiezen. Een leerlingenpracticum is een activiteit waarbij leerlingen in groepjes van 2 tot 3 zelfstandig maar onder toezicht van de leraar experimenteel werken. In de mate van het mogelijke worden deze experimenten uitgevoerd met stoffen die eigen zijn aan de voedingsector en eventueel ook gebruikt worden in andere technische vakken eigen aan de studierichting. Van elk leerlingenpracticum wordt er een verslag gemaakt op basis van opdrachten en vragen weergegeven op het instructieblad. Hierna volgen enkele voorbeelden van practica die in aanmerking kunnen komen. - Fysische en chemische eigenschappen van koolwaterstoffen

- Fysische en chemische eigenschappen van alcoholen

- Oxidatie van primaire en secundaire alcoholen

- Onderzoek van oxidatiemogelijkheden van aldehyden en/of ketonen met fehlingsreagens en/of tollensrea-gens

- Eigenschappen van alkaanzuren (pH, brandbaarheid, zoutvorming, estervorming)

- Titratie van azijn, citroenzuur met berekening van de hoeveelheid zuur

- Zeepbereiding en eigenschappen van zepen

- Identificatiereacties van mono- en disachariden, zetmeel, aminozuren, proteïnen, lipiden

- Analyse van voedingsmiddelen

- Zuurgetal van olie of vet

- Optische activiteit

- Coagulatie van proteïnen

- Enzymwerking

- Hydrolyse van gluciden, proteïnen en lipiden

- Alcoholische gisting van sachariden

- Oxidatie van lipiden

- Identificatie van kunststoffen

Om de leraar behulpzaan te zijn bij het opstellen van de jaarplanning kan volgende richtinggevende urenverdeling voorgesteld worden op basis van 50 lesuren rekening houdend met de tijd die nodig is voor toetsen en herhaling.


Onderwerp Aantal lesuren Koolstof als basiselement Koolwaterstoffen Monofunctionele verbindingsklassen Polyfunctionele verbindingsklassen Kunststoffen Leerlingenpractica

1 8 14 17 4 6

4 Overzicht van de leerinhouden

Minstens 6 leerlingenpractica naar keuze 1 Koolstof als basiselement 2 Koolwaterstoffen - alkanen - alkenen

- benzeen

3 Monofunctionele verbindingsklassen - alcoholen - ethers (alkoxyalkanen) - alkanalen en alkanonen - carbonzuren - carbonzuuresters 4 Polyfunctionele verbindingsklassen - lipiden, zepen - sachariden (gluciden) - aminozuren en proteïnen 5 Kunststoffen - polymeren - indeling van kunststoffen - toepassingen van kunststoffen


5 Leerplandoelstellingen - leerinhouden - pedagogisch-didactische wenken

LEERINHOUD: 6 leerlingenpractica Minstens 6 leerlingenpractica worden verplicht gesteld bij de realisatie van de algemene doelstellingen en van de leerplandoelstellingen. De doelstellingen en de pedagogisch-didactische wenken bij de leerlingenpractica zijn respectievelijk terug te vinden in rubriek 2 'Algemene doelstellingen' en in rubriek 3 'Algemene pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen'.

5.1 Koolstof als basiselement

LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN

1 De bindingsmogelijkheden van koolstof verklaren op basis van de elektronenconfiguratie.

• Bindingsmogelijkheden van Koolstof

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN

1 De elektronenconfiguratie wordt gegeven met hoofd- en de subenergieniveaus

5.2 Koolwaterstoffen


2 Van eenvoudige alkanen en alkenen een correcte benaming geven

• Naamvorming bij alkanen en alkenen

3 Het begrip isomerie toelichten aan de hand van voorbeelden.

• Structuurisomerie

• Geometrische isomerie

4 Het verband leggen tussen enerzijds eigenschappen en anderzijds samenstelling en structuur van eenvoudige alkanen, alkenen en van benzeen

• Fysische en chemische eigenschappen van al-kanen, alkenen en benzeen

5 Enkele toepassingen van koolwaterstoffen in verband met voeding verwoorden.

• Toepassingen


2 De naamvorming kan gekoppeld worden aan het opstellen van isomeren.

3 Enkele eenvoudige voorbeelden bij alkanen en alkenen volstaan. De optische isomerie kan later aan bod komen bij de studie van aminozuren en sachariden.


4 Het apolair karakter van koolwaterstoffen en het polair karakter van water worden aangebracht door ge-bruik te maken van stereomodellen (methaan en water). Bij de fysische eigenschappen worden normaal voorkomen, oplosbaarheid en vluchtigheid besproken. Bij de chemische eigenschappen worden verbran-ding, substitutie en additie schematisch voorgesteld. Hierbij maakt men het onderscheid tussen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen. Er worden zeker geen reactiemechanismen gegeven.

5 Bij de substitutieproducten kunnen chloroform en freonen bondig besproken worden. Enkele kunststoffen gebruikt als verpakkingsmateriaal nl. PE, PP, PET, PS en teflon kunnen hier reeds vermeld worden. De vorming van een polymeer wordt hierbij op een eenvoudige wijze schematisch voorgesteld.

5.3 Monofunctionele verbindingsklassen

Volgende verbindingsklassen worden betrokken bij de verwezenlijking van de hierna vermelde doelstellingen: alcoholen, ethers (alkoxyalkanen), alkanalen, alkanonen, carbonzuren en carbonzuuresters


6 De functionele groep van een alcohol, ether, alde- hyde, keton, carbonzuur en carbonzuurester herkennen, benoemen en weergeven.

• Functionele groepen

7 Een monofunctionele koolstofverbinding omschrijven.

• Het begrip ‘monofunctionele koolstofverbinding’

8 Van eenvoudige monofunctionele koolstofverbindingen een correcte naam geven

• Naamvorming bij alkanolen, alkoxyalkanen, alka-nen, alkanolen, carbonzuren en zuuresters

9 Het verband tussen enerzijds eigenschappen van belangrijke monofunctionele koolstofverbindingen en anderzijds chemische samenstelling en structuur verwoorden en verklaren.

• Eigenschappen, structuur en samenstelling

10 Enkele toepassingen van monofunctionele koolstofverbindingen in de voeding verwoorden.

• Toepassingen


6 Dit kan aangeleerd worden aan de hand van een gegeven tabel met functionele groepen (chemische functies), algemene formules en structuurformules.

7 Een monofunctionele verbinding wordt omschreven als bestaande uit een KWS-gedeelte en een functione-le groep.

8 Gebruiksnamen zoals aceton, glycerine, glycerol, glycol, sorbitol worden ook gegeven.

9 De invloed van het koolwaterstofgedeelte en van de functionele groep (chemische functie) wordt hier besproken. Normaal voorkomen, vluchtigheid en oplosbaarheid komen bij de fysische eigenschappen aan bod. Bij de chemische eigenschappen kan men volgende reacties bespreken:


- de eliminatiereactie bij alkanolen ter vorming van alkanalen en alkanonen;

- de verdere oxidatie van alkanalen ter vorming van alkaancarbonzuren;

- de estervorming.

Het onderscheid wordt gemaakt tussen verzadigde en onverzadigde verbindingen. Bij de carbonzuren en bij de carbonzuuresters komt dit onderscheid uitdrukkelijk aan bod.

10 Hierna volgen enkele mogelijke voorbeelden. Het is zeker niet de bedoeling om al deze voorbeelden te ver-melden. Alcoholen: wijnbereiding, berekeningen steunend op volumeprocent in bier en wijn, zoetstoffen (sorbitol, glycerol). Ethers: diëthylether (ethoxyethaan) Alkanalen: methanal met als toepassing formol , eventueel ook benzaldehyd (smaakstof) Ketonen: aceton en 2,3-butadion (reuk- en smaakstof van boter) Carbonzuren: mierenzuur, azijnzuur verzadigde en onverzadigde vetzuren Hydroxycarbonzuren: melkzuur, citroenzuur (als smaakmiddel en bewaarmiddel) ascorbinezuur (als broodbereidingsmiddel) Esters: gebruik als smaak- en reukstoffen in de voedingsnijverheid glycerolmonostearaat (GMS) en diacetylwijnsteenzuur (DAWE) als broodbereidingsmiddel stanolester: ckolesterolverlagend

5.4 Polyfunctionele verbindingsklassen


11 Verwoorden hoe lipiden, sachariden en proteïnen opgebouwd zijn.

• Lipiden, sachariden, proteïnen: bouw

12 Het verband tussen enerzijds de bouw van lipiden, sachariden en proteïnen en anderzijds hun eigenschappen toelichten.

• Eigenschappen, structuur

13 Verzadigde en onverzadigde vetten onderscheiden op basis van hun structuur.

• Verzadigde en onverzadigde vetten

14 Eigenschappen van zepen in verband brengen met hun samenstelling en structuur.

• Zepen, eigenschappen en structuur

15 Glucose als aldohexose en fructose als keto- hexose in structuur weergeven en hun cyclische structuur herkennen.

• Monosacharioden

− glucose, fructose


16 Di- en polysachariden schematisch voorstellen en enkele belangrijke vertegenwoordigers hiervan opnoemen en situeren.

• Di- en polysachariden

− schematische voorstelling

− voorbeelden

17 De algemene structuurformule van een " -aminozuur weergeven en de relatie leggen met eigenschappen

• Aminozuren

− algemene structuur

− eigenschappen

− peptidebinding

19 Het belang van de structuur van de eiwitten in toepassingen toelichten

• Proteïnen

− structuur

− toepassingen

20 Enzymen als eiwitten situeren, hun werking verklaren en de invloed van de factoren die de enzymwerking beïnvloeden toelichten.

• Enzymen

− structuur

− werking

21 De vertering van lipiden, sachariden en proteïnen schematisch weergeven en toelichten.

• Vertering

22 De algemene structuur van DNA weergeven. (U) • DNA-structuur (U)


11 Aansluitend bij de esters kunnen eerst de lipiden besproken worden daarna de sachariden en dan de proteïnen. 12 Fysische eigenschappen zoals oplosbaarheid en chemische eigenschappen zoals hydrolyse komen aan bod. 13 De invloed van de zuurrestgroepen op het verzadigd en onverzadigd karakter wordt benadrukt. 14 Men vertrekt van de zeepvorming en steunt bij het verklaren van de eigenschappen op de invloed van het hydrofoob en het hydrofiel gedeelte in de structuur. 15 De vorming van de acetaalring wordt enkel ter illustratie weergegeven. De optische activiteit kan hier ook aan bod komen. 16 Maltose, dextrine, zetmeel, glycogeen, cellulose, pectine . . . kunnen besproken worden. 17 De leerlingen krijgen een tabel met de namen en de formules van de aminozuren. Men wijst op het voorkomen van zure en basische aminozuren. De vorming van het zwitterion en het iso- elektrisch punt van de aminozuren worden ook besproken o.a. in verband met het waterbindend vermogen. De optische activiteit bij aminozuren kan hier ook aan bod komen. 18 Hierna wordt de vorming van de polypeptideketen door polycondensatie voorgesteld. 19 De structuren van vleeseiwitten (myoglobine) en tarwe-eiwitten met glutenvorming worden in verband gebracht met eigenschappen. 20 De werking van enzymen wordt verduidelijkt aan de hand van toepassingen o.a. in de vleesindustrie (‘vermalsen’), bij bierbereiding . . .


21 De vertering wordt schematisch als een soort samenvatting weergegeven. 22 DNA wordt aan de hand van een blokkenschema weergeven. Men kan gebruik maken van een stereomo-

del, computersimulaties, … (U)

5.5 Kunststoffen


23 Verduidelijken dat polymeren ontstaan door een aaneenschakeling van monomeren.

• Polymeren

24 Kunststoffen indelen op basis van het al dan niet voorkomen van vernetting tussen de ketens en op basis van de graad van vernetting

• Thermoplasten

• Thermoharders

• Elastomeren

25 Toepassingen van kunststoffen in de voe-dingsnijverheid verwoorden.

• Toepassingen in de voedingsnijverheid


23 Ter illustratie wordt een schematische voorstelling gegeven van een polymerisatie (PE, PVC) en van een polycondensatie (PET, bakeliet). De link kan gelegd worden met de natuurlijke polymeren.

24 Nylon, bakeliet, PE, PVC, PP, PS, Teflon kunnen hierbij vermeld worden. 25 Vooral de verpakking van voedingsmiddelen kan hier ter sprake komen. Leerplannen van het VVKSO zijn het werk van leerplancommissies, waarin begeleiders, leraren en

eventueel externe deskundigen samenwerken. Op het voorliggende leerplan kunt u als leraar ook reageren en uw opmerkingen, zowel positief

als negatief, aan de leerplancommissie meedelen via e-mail ([email protected]) of per brief (Dienst Leerplannen VVKSO, Guimardstraat 1, 1040 Brussel).

Vergeet niet te vermelden over welk leerplan u schrijft: vak, studierichting, graad, licapnummer. Langs dezelfde weg kunt u zich ook aanmelden om lid te worden van een leerplancommissie. In beide gevallen zal de Dienst Leerplannen zo snel mogelijk op uw schrijven reageren.

6 Evaluatie

De evaluatie geeft informatie over de mate waarin de leerlingen de doelstellingen bereikt hebben. Hierdoor kan de leraar tijdens het schooljaar remediërend en op het einde van het schooljaar adviserend en delibererend optreden. De toetsvragen dienen concreet en representatief te zijn voor de doelstellingen. Naast open vragen kunnen er ook meerkeuze en juist/foutvragen gesteld worden.


Bij meerkeuze en juist-/foutvragen is het wenselijk dat de leerlingen een motivatie geven waarop ze dan beoordeeld worden. De leerlingenpractica worden vooral op basis van het verslag geëvalueerd, hierbij houdt men ook rekening met de attitudevorming en met het verwerven van laboratoriumtechnieken.

7 Minimale materiële vereisten

De huidige regelgeving in verband met veiligheidsaspecten en afvalbehandeling in het schoollaboratorium dient te worden opgevolgd. De uitrusting en de inrichting van het laboratorium dienen te voldoen aan de technische voorschriften inzake arbeidsveiligheid van de Codex over welzijn op het werk, van het Algemeen Reglement voor Arbeidsbescher-ming (ARAB) en van het Algemeen Reglement op Elektrische Installaties (AREI).

7.1 Basisinfrastructuur

- Demonstratietafel met water- en energievoorziening

- Werktafels voor leerlingen

- Voorziening voor afvoer van schadelijke dampen en gassen

7.2 Basismateriaal

- Balansen

- Volumetrisch materiaal

- Recipiënten

- Statieven met toebehoren

- Verwarmingselementen bijvoorbeeld: bunsenbranders elektrische verwarmingsplaten verwarmingsmantels

- Universele indicator en pH-meter

7.3 Chemicaliën

- Chemicaliën voor demonstratie- en leerlingenproeven

- Enkele kunststoffen

- Tabel met pictogrammen van gevaarsymbolen

- Tabellen met de betekenis van de R- en S-zinnen

- Voorziening voor een correct afvalbeheer


7.4 Beschermmiddelen

Veiligheids- en beschermmiddelen volgens de huidige regelgeving met inbegrip van - veiligheidsbrillen

- beschermkledij

- oogspoelfles of oogdouche

- EHBO-kist

- blusmiddelen

7.5 Visualiseren in de chemie

- Tabel met het periodiek systeem der elementen

- Stereomodellen

- Projectietoestel

8 Bibliografie

8.1 Leerboeken

De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen.

8.2 Naslagwerken

- Beknopte nomenclatuur in de organische chemie J. Van de Weerdt, R. Bontinck Uitgeverij De Sikkel

- Eten Meten en Weten Liane Deweghe en Jean-Marie Mortier KVCV-Voeding Celestijnenlaan 300F 3001 Leuven ISBN 90 9007430 9

- Over eten en koken Harold Mc Gee Uitgeverij Bert Bakker ISBN 90 351 18197


- Het chemisch practicum, een laboratoriumhandboek

H.R. Leene NL Uitgeverij nib Zeist ISBN 90 034 14 303

- Plastics

Dr. A. Schouten en Dr. ir. A.K. van der Vegt Educatieve en technische uitgeverij Delta Press

8.3 Publicaties

- Chemicaliën op school, januari 2003 VVKSO

- Publicaties van didactische centra - Publicaties van Fedichem

Maria-Louizasquare 49 1040 Brussel

3de graad TSO - Toegepaste fysica 21 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren D/2005/0279/002

TOEGEPASTE FYSICADERDE GRAAD TSO

TWEEDE LEERJAAR: 2 UUR/WEEK


22 Toegepaste fysica - 3de graad TSO D/2005/0279/002 Brood en banket/Slagerij en vleeswaren

Inhoud

1 Beginsituatie....................................................................................................... 23

2 Algemene doelstellingen................................................................................... 23 2.1 Inleiding...........................................................................................................................................23 2.2 Basisdoelstellingen........................................................................................................................23 2.3 Algemene vaardigheden................................................................................................................25

3 Algemene pedagogisch-didactische wenken.................................................. 26

4 Leerplandoelstellingen, leerinhouden en didactische wenken...................... 28 4.1 Elektriciteit ......................................................................................................................................28 4.2 Mechanica .......................................................................................................................................34

5 Minimale materiële vereisten ............................................................................ 38 5.1 Basisinfrastructuur ........................................................................................................................38 5.2 Basismateriaal ................................................................................................................................38 5.3 Specifiek materiaal.........................................................................................................................38

6 Evaluatie ............................................................................................................. 39

7 Bibliografie ......................................................................................................... 40 7.1 Schoolboeken.................................................................................................................................40 7.2 Uitgaven van Pedagogische-didactische centra ........................................................................40 7.3 Tijdschriften....................................................................................................................................40 7.4 Naslagwerkenibliografie ................................................................................................................40 7.5 Internetsites ....................................................................................................................................41


1 Beginsituatie

De leerlingen hebben in de 2de graad naast kennis, inzicht, cognitieve en praktische vaardigheden ook een aan-tal basisvaardigheden (meet- en rekentechnieken, tekenen en interpreteren van grafieken, oplossingsstrategieën bij vraagstukken, ...) verworven in het vak Fysica. Ze bezitten voorkennis van fysische concepten en wetten in verband met de structuur van de materie (deeltjesmodel), de geometrische optica, de basisbegrippen uit de me-chanica (krachten, arbeid, energie en vermogen) en warmte

2 Algemene doelstellingen

2.1 Inleiding

De belangrijkste algemene doelstelling is dat de leerlingen via de behandeling van enkele domeinen uit de fysica de waarde en de relevantie van de fysica in het dagelijks leven en in de maatschappij van morgen kunnen erva-ren. Dit betekent onder meer dat concepten, modellen en theorieën vooral kwalitatief worden aangebracht:

- in de eerste plaats fenomenologisch-inductief worden geïntroduceerd;

- gebruikt worden om leerlinggerichte en leerlingbetrokken lessen uit te bouwen waardoor de belangstelling en het creatieve vermogen van de leerlingen worden gestimuleerd.

2.2 Basisdoelstellingen

2.2.1 Cognitief

Het is van belang fysische feitenkennis aan te leren, maar ook het inzicht te verwerven dat fysische wetten, mo-dellen en theorieën vele toepassingen kennen in het dagelijkse leven. De wetten, theorieën en modellen worden daarom bij voorkeur kwalitatief geformuleerd. Waar een afleiding van een formule, bij gebrek aan tijd of wegens te abstract, niet haalbaar is, volstaat het poneren en het toepassen ervan. Via demonstratieproeven kan de in-vloed van de verschillende parameters in die formule dan geïllustreerd worden. Via deze formules kunnen dan eventueel ook conclusie getrokken worden, die kunnen getoetst worden aan de leefwereld. Bij vraagstukken is een beperking tot standaardproblemen wenselijk. Daaruit volgt dat op het einde van de 3de graad de leerlingen in staat moeten zijn om: - belangrijke begrippen en wetten van de fysica in de specifieke vaktaal te omschrijven;

- het ordenend, verklarend en voorspellend karakter van eenvoudige fysische modellen en theorieën te door-zien;

- bij een waarneming of bij de beschrijving van een natuurkundig verschijnsel herkennen welke begrippen of wetten bij het verschijnsel een rol spelen;

- een eenvoudige redenering opbouwen bij een nieuw natuurkundig probleem of verschijnsel, gebruik makend van een analoge redenering bij een gekend probleem of verschijnsel;

- de wetenschappelijke kennis die ze bezitten aan te wenden voor het begrijpen van sommige technische realisaties uit de sector;


- om het maatschappelijk en economisch belang van de fysica in technisch hoogstaande toepassingen te duiden;

- voorbeelden te geven van de fysica in het dagelijkse leven;

- te ervaren dat fysica ook een steunvak kan zijn voor de technische vakken.

2.2.2 Affectief

Het fysicaonderricht moet naast het cognitieve aspect ook aandacht besteden aan de invloed van de toegepaste fysica op onze cultuur en samenleving. De invloed op de algemene cultuur brengt mee dat men aangeeft wat de natuurwetenschappelijke methode in-houdt. Men stelt zijn eigen preconcepties in vraag en probeert via experiment en theorie een reproduceerbare werkelijkheid te achterhalen. Een kritische houding tegenover zogenaamde vanzelfsprekendheden moet de leer-lingen meer weerbaar maken tegen de dwang van onze technologische cultuur. De leerling moet beseffen dat het toegepaste fysicaonderwijs niet op zichzelf staat, maar deel uitmaakt van een maatschappelijke context. Er moet aandacht worden geschonken aan de invloed van de fysica en haar toepas-singen op mens en maatschappij. Zonder de fysische wetten en principes te betrekken op leefwereld en techniek (contexten), onderwijzen we eer-der wiskunde dan natuurkunde. Aan het gebruik van contexten binnen het fysicaonderwijs kunnen een drietal functies toegeschreven worden, namelijk een motivatieverhogende, een begripsvormende en een begripstoe-passende functie. Naast vanzelfsprekend een degelijke vakstructuur vormen deze drie functies de nodige voor-waarden voor een efficiënt fysicaonderwijs. Het toegepast fysicaonderwijs moet de leerlingen helpen om een gefundeerd standpunt in te nemen over de grote vragen van wetenschap en techniek (technologische, maatschappelijke en ethische dimensie). De leerlin-gen worden immers medeverantwoordelijk voor de maatschappij waarin zij zullen fungeren. Daaruit volgt dat op het einde van de 3de graad de leerlingen: - weerbaarheid moeten bezitten in een technische omgeving en kritisch moeten staan tegenover maatschap-

pelijke problemen met fysische en technische aspecten;

- kritisch staan ten aanzien van een geschreven of een gesproken bewering;

- zin hebben voor relativering, waardoor het essentiële van het bijkomstige kan onderscheiden worden;

- verwondering opbrengen voor de harmonie en de complexiteit die schuil gaat in fysische verschijnselen;

- inzicht hebben in de betekenis van de fysica voor onze cultuur en voor onze huidige samenleving.

2.2.3 Psychomotorisch

De motoriek van de leerlingen kan bevorderd worden door enkele leerlingenproeven en door hen bij de demon-stratieproeven te betrekken, zowel bij de uitvoering (leren omgaan met proevenmateriaal) als bij het verwerken van de meetresultaten.


2.3 Algemene vaardigheden

Het fysicaonderricht heeft ook tot doel de leerlingen een vorming mee te geven zodat ze kunnen omgaan met de aangeboden informatie. Tijdens de derde graad zal hieraan de nodige aandacht gegeven worden.

2.3.1 Omgaan met informatie

- Uit informatie (tekst, tekeningen, foto’s, tabellen, grafieken en schema’s) relevante gegevens kunnen selec-teren.

- Inzichtelijk kunnen omgaan met relaties op concreet niveau: bij berekeningen de benaderingsregels toepas-sen en het resultaat van de juiste SI-eenheid voorzien.

2.3.2 Cognitieve vaardigheden

- Een schema interpreteren; meetinstrumenten en componenten in een tekening schematisch en/of met een symbool weergeven.

- Gerichte waarnemingen doen met het oog op het terugvinden van de fysische principes.

- Relevante waarnemingen doen en deze weergeven d.m.v. woorden, afbeeldingen, tabellen, roosters, gra-fieken en/of schema’s.

2.3.3 Experimentele vaardigheden

Via de leerplandoelstellingen en de leerinhouden zijn 4 leerlingenproeven verplicht gesteld in verband met:

- de wet van Pouillet,

- serie- en parallelschakeling van weerstanden,

- de E.R.B.

- bepaling van de valversnelling.

Onder leerlingenpracticum verstaat men een leeractiviteit waarbij leerlingen in kleine groepjes (2 à 3 leerlingen) zelfstandig (onder begeleiding van de leerkracht) meetproeven uitvoeren in verband met één of ander fysisch verschijnsel dat behoort tot het leerpakket. Dit wil dan ook zeggen dat het maken van oefeningen, het oplossen van vraagstukken of zelfstandig inoefenen van de leerstof met interactieve software niet als practicum kan be-schouwd worden. Bij een leerlingenpracticum hoort een getypt opdracht- of instructieblad. Dit kan variëren van een volledig geslo-ten opdracht tot eerder een open opdracht. Van elk leerlingpracticum wordt er een verslag gemaakt op basis van opdrachten en vragen weergegeven op het instructieblad. Het is een absolute noodzaak om een practicum klassikaal af te ronden. Alle leerlingen krijgen dan de kans de essentie van het practicum te pakken te krijgen. Een onderwijsleergesprek waarin de leerkracht of de leerlingen onderling vragen stellen is een goede werkvorm (reflecteren op het resultaat en de gevolgde werkwijze).


3 Algemene pedagogisch-didactische wenken

Fysicalessen hebben een theoretisch en een experimenteel karakter. Dit gebeurt via demonstratieproeven, waarbij leerlingen actief betrokken worden. Toegepaste fysica betekent bovendien dat fysica in de praktijk moet worden getoetst d.w.z. dat er eveneens voldoende aandacht wordt besteed aan en hoe men fysische wetten en principes in de techniek of in het dage-lijkse leven aanwendt. Dit zal bij voorkeur gebeuren door zoveel als mogelijk fysicaproblemen in een concrete context te plaatsen. Het experimenteel karakter van het fysicaonderricht mag niet leiden tot een ordeloos uitvoeren van proeven om de proeven, maar elk experiment moet zijn plaats in de les verdienen om een probleem te stellen of om tot de oplossing van een vooraf gesteld fysisch probleem te komen. Het interpreteren en toepassen van formules is belangrijk. De wiskundige afleiding kan worden weggelaten, op voorwaarde dat de invloed van de verschillende factoren in een formule wordt toegelicht of experimenteel wordt onderzocht. Bij het leren van fysica tracht de leerling wetenschappelijke inzichten in de verschijnselen en de proeven te ver-werven. Dit kan niet overeenkomen met het passief opnemen van kennis. Het toepassen van fysische principes, regels en wetten op leefwereld en techniek is zeker niet nieuw. Deze zo-genaamde contexten werden soms nogal eens gezien als een toepassing achteraf, als een randversiering en vormde geen wezenlijk onderdeel van de leerstof. Door een context bv. als inleiding te brengen, te integreren in de leerstof of als opdracht te verwerken, voorkomen we dat er in de ogen van de leerlingen een kloof ontstaat tussen wat als leerstof aangeboden wordt en wat in leefwereld en techniek gebeurt. Een context werkt zo niet alleen motivatieverhogend, maar draagt bij tot een beter inzicht van de leerstof. Het kenmerk van een goede context is dus dat hij functioneel is en aansluit bij de leefwereld van de leerlingen. Eventueel kan hij de historische ontwikkeling van een bepaald fysicadomein en de bijhorende maatschappelijke gevolgen beschrijven. Voorbeelden hiervan zijn: elektriciteit en veiligheid, beweging en sport, verkeersveiligheid, ... Naast fysische zijn er vaak andere aspecten aan contexten te onderscheiden (chemische, technische, geografi-sche, economische, ethische, ...). Dit breed kader kan de maatschappelijke en culturele betekenis van de fysica onderstrepen. Het leren ontdekken en begrijpen van de wereld rondom hem met zijn technische toepassingen is een gebeuren waarbij de leerling zelf actief zijn mening vormt door nieuwe ervaringen, informatie en ideeën toe te voegen aan zijn eigen voorstellingen en begrippen. Bij leerlingactief onderwijs geeft de leraar informatie en instructies waar nodig en volgt het leerproces van op een zekere afstand. Hij vermijdt om de problemen onmiddellijk zelf op te lossen. Hij begeleidt de leerling naar het doel door tips te geven of door te helpen bij het herdefiniëren van het probleem. Voor het realiseren van dit leerlingactief en begeleid zelfstandig onderwijs moet aan een aantal randvoorwaarden voldaan zijn op het vlak van tijd, infrastructuur en materieel. Om de fysica experimenteel aan te brengen moet vanzelfsprekend het nodige demonstratiemateriaal aanwezig zijn (zie “Minimale materiële vereisten”). Het is wettelijk voorzien dat het SI-eenhedenstelsel gebruikt wordt. Bij vermelding van een grootheid bij de leer-inhouden wordt verwacht dat de SI-eenheid wordt aangegeven in de les.


Voor de naam, het symbool en de eenheid van de grootheden verwijzen we naar de Belgische normen die hieromtrent worden uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wenden tot:

BIN (Belgisch Instituut voor Normalisatie) Brabançonnelaan 31, 1040 Brussel Tel . 02 733 42 54

Rekenvaardigheden i.v.m. het metriek stelsel en de wetenschappelijke notatie (via machten van 10 of voorvoeg-sels) zijn permanent na te streven vaardigheden. Bovendien worden overal de benaderingsregels bij berekeningen en oefeningen met gemeten resultaten conse-quent toegepast in de loop van het jaar. Een multimediale aanbreng van de leerstof is aan te bevelen dit wil zeggen dat naast het uitvoeren van demon-stratieproeven het gebruik van retroprojector en computer ondertussen een vanzelfsprekendheid is geworden. In heel wat gevallen biedt het gebruik van de computer een meerwaarde, zoals het direct beschikbaar zijn van grafieken, het vlug kunnen veranderen van parameters, .... Het gebruik van een dataprojector is hierbij aanbevolen. In het vaklokaal wordt de computer o.a. gebruikt worden om meetgegevens te registreren en/of in grafiek om te zetten en/of te verwerken. Bij de opstelling van het experiment moet de aandacht van de leerlingen gevestigd worden op de fysische aspecten van het experiment en niet op de registratie en de verwerking door de compu-ter. Het is een middel om de invloed van de verschillende parameters op de meetresultaten aan te tonen. Proeven die met gewone middelen slechts kwalitatief uitgevoerd kunnen worden bieden met de computer vaak betere perspectieven. Daarnaast laat de computer ook toe fysica-applets en andere animaties op een didactisch verantwoorde manier in de lessen aan te wenden. Onderstaand tijdschema kan een hulp zijn bij het opstellen van het jaarplan: Elektriciteit (30 u) 1) Elektrostatica ( 3 u) 2) Elektrodynamica (15 u)

- Basisbegrippen i.v.m. elektrische stroomkring (2 u) - Weerstand van een geleider (2 u) - Energie en vermogen (3 u) - Schakelen van weerstanden + elektrische huisinstallatie (6 u) - Opladen en ontladen van condensatoren (2 u)

3) Elektromagnetisme (12 u)

- Permanente magneten (2 u) - Magnetische werking van elektrische stroom (2 u) - Krachtwerking op een stroomvoerende geleider (2 u) - Het elektromagnetische inductieverschijnsel (6 u)

Mechanica (20 u) 1) Kracht en beweging + verkeersveiligheid (10 u) 2) De beginselen van Newton ( 4 u) 3) Gravitatiekracht, zwaartekracht en gewicht ( 2 u) 4) Arbeid, vermogen en energie ( 4 u)


4 Leerplandoelstellingen, leerinhouden en didactische wenken

LEERINHOUD: 4 leerlingenpractica Minstens 4 leerlingenpractica worden verplicht gesteld bij de realisatie van de algemene doelstellingen en van de leerplandoelstellingen. De doelstellingen en de pedagogisch-didactische wenken bij de leerlingenpractica zijn respectievelijk terug te vinden in rubriek 2 'Algemene doelstellingen' en in rubriek 3 'Algemene pedagogisch-didactische wenken en didactische middelen'.

4.1 Elektriciteit

4.1.1 Elektrostatica


- Aangeven hoe lading kan ontstaan en enkele praktische toepassingen beschrijven.

• Ontstaan en aantonen van lading

• Praktische toepassingen in verband met elek-trostatische oplading

- Het ontstaan van twee soorten ladingen en hun onderlinge wisselwerking beschrijven en de een-heid van lading aangeven.

• Verklaring van het ontstaan van de lading van een lichaam

• Aantrekking en afstoting van geladen voorwerpen

Geleiders en isolatoren van elkaar onderscheiden en toelichten vanuit het atoommodel.

• Geleiders en isolatoren

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Men zal enkele wrijvingsproefjes uitvoeren en verklaren: aantrekking van papiersnippers, afbuiging van een wa-terstraal, ... Eventueel kan hierbij gebruik worden gemaakt van de elektroscoop. Opladen door elektrische influ-entie kan dan ook worden aangetoond en besproken. Enkele dagdagelijkse verschijnselen en praktische toepas-singen hieromtrent zijn onder andere vonkjes bij het uittrekken van een wollen trui, statische elektriciteit bij beeldschermen en auto's, vliegas verwijderen in een schoorsteen van bv. een verbrandingsoven, gevaren bij het overgieten van licht ontvlambare vloeistoffen, gebruik van een poetsdoek, ... De leerlingen moeten bewust ge-maakt worden van het feit dat bepaalde kunststoffen gemakkelijker stof aantrekken omwille van elektrostatische oplading. Bij de krachtwerking is het niet de bedoeling de formule van Coulomb te behandelen.


4.1.2 Elektrodynamica

4.1.2.1 Basisbegrippen in verband met de elektrische storm


- De grootheden elektrische stroom en spanning omschrijven en de eenheden aangeven.

• Stroom, stroomsterkte

Spanning, spanningsbron

- Een eenvoudige elektrische schakeling met volt- en ampèremeter weergeven en de conventionele stroomzin aanduiden.

• Schakelen van volt- en ampèremeter

• Conventionele stroomzin

- Enkele toepassingen van elektrische stroom- kringen uit de leefwereld beschrijven.

• Toepassingen uit de leefwereld

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Om zo concreet mogelijk de basisbegrippen i.v.m. een elektrische stroomkring aan te brengen gebruiken we bij voorkeur het vloeistof-stroommodel. Door middel van waarnemingsproeven met volt- en ampèremeter toont men de leerlingen hoe men stroom en spanning meet. Hierbij kan het misconcept rond “stroomverbruik” worden weggewerkt. In deze context is het noodzakelijk te spreken van energiegebruik. Als toepassing uit de leefwereld kan de eenaderige stroomkring bij een fiets, auto, besproken worden. Het roesten van de massa-aansluiting brengt onderbreking van de stroomkring met zich mee (veiligheidsaspect).

4.1.2.2 Elektrische weerstand


- Bij een geleider in een gelijkstroomkring het ver-band tussen spanning, stroomsterkte en weer-stand formuleren, grafisch voorstellen en toepas-sen.

• Verband tussen stroomsterkte, spanning en weerstand: wet van Ohm, ohmse weerstand

- Experimenteel de relatie tussen de weerstand en de factoren die de waarde ervan bepalen in een formule weergeven en toepassen.

• Wet van Pouillet: leerlingenpracticum

- De invloed van de temperatuur op de weerstand van een elektrische geleider toelichten en verkla-ren.

• Invloed van de temperatuur op de weerstand van een elektrische geleider

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN Indien we bij een elektrische geleider de stroom meten in functie van de spanning, dan bekomen we een rechte door de oorsprong. De constante verhouding I / U die daaruit volgt is de geleidbaarheid G, die in de eenheid Siemens (S) wordt uitgedrukt. In alle andere omstandigheden gebruikt men echter de constante verhouding van de spanning over een scha-kelelement en de stroomsterkte erdoor, die men definieert als de weerstand van dit schakelelement. Trek er de


aandacht op dat het woord weerstand dubbel gebruikt wordt nl. als grootheid en als schakelelement van energie. Bij de behandeling van de wet van Pouillet kan worden aangegeven dat de toevoerleidingen bij grote verbruikers bestaan uit dikke koperen geleiders. Is de weerstand ohms, dan is de I(U)-grafiek een rechte door de oorsprong. Deze grafieken kunnen vrij snel verkregen worden bij gebruik van een PC met een meetinterface. De tempera-tuurafhankelijkheid van weerstand en het daaruit volgend feit dat het I(U)-diagram geen rechte meer is, kan inge-leid worden vanuit een meting met een lampje.

4.1.2.3 Energie en vermogen bij een elektrische stroom


- Het joule-effect toelichten. • Joule-effect, omzetting van elektrische energie in thermische energie + eenheden: joule en kWh

- De warmteontwikkeling van een elektrische stroom verklaren en het elektrisch vermogen berekenen.

• Elektrisch vermogen + eenheid

- Enkele praktische toepassingen in verband met warmteontwikkeling en veiligheid toelichten en ver-klaren.

• Toepassingen:elektrische verwarmingstoestel-len, gloeilamp


Een elektrisch toestel onttrekt elektrische energie aan een spanningsbron en zet deze energie om in een andere soort energie. Bevat een toestel enkel ohmse weerstand dan wordt de elektrische energie uitsluitend omgezet in warmte. Het tempo waarin dit gebeurt noemen we het vermogen dit wil zeggen. de hoeveelheid energie die het toestel per seconde kan omzetten. Laat de leerlingen bijvoorbeeld uitrekenen hoeveel een avondje chatten kost. Eventueel kan het vermogen bepaald worden van een elektrisch toestel met behulp van een kWh-teller. De energiekost van een gloeilamp kan vergeleken worden met die van een spaarlamp met zelfde lichtopbrengst.

4.1.2.4 Schakelen van weerstanden


- Bij serie- en parallelschakeling van weerstanden respectievelijk de spannings- en stroomwetten toe-passen bij eenvoudige kringen.

• Serie- en parallelschakeling

• Stroom- en spanningsverdeling + Leerlingenpracticum

- De vervangingsweerstand berekenen bij serie- en parallelschakeling.

• Vervangingsweerstand

- Aan de hand van een schema de principes van de huisinstallatie toelichten.

- Enkele gevaren en de overeenkomstige veilig- heidsmaatregelen.

• Huisinstallatie

• Gevaren: overbelasting, kortsluiting

• Maatregelen: zekering, aarding, lekstroom-schakelaar, dubbele isolatie, laagspannings- voorzieningen bij halogeenverlichting



De stroom- en spanningswetten worden experimenteel afgeleid. Het is niet de bedoeling hier de wetten van Kirchhoff te gebruiken om stroom- en spanningsvergelijkingen op te stellen en op te lossen. De formules voor de vervangingsweerstand kunnen als leerlingenpracticum bijvoorbeeld een ohmmeter worden geverifieerd. De formules worden het best toegepast met een aantal eenvoudige kwalitatieve en kwantitatieve opdrachten. Bij de elektrische huisinstallatie heeft men een aanvoer en een retourleiding, alsook een aarding. Elk toestel dat aanstaat of elke lamp die brandt, zorgt voor een parallel geschakelde weerstand. De resulterende weerstand wordt hier door kleiner. Dit heeft allerlei consequenties qua veiligheid. Zo is het aan te raden grotere verbruikers (bv. bij machines) op afzonderlijke kringen aan te sluiten. Merk ook op dat een lekstroomschakelaar reageert op stroomverlies maar daarom geen absolute beveiliging biedt tegen elektrocutie.

4.1.2.5 Condensatoren


- De bouw van een condensator toelichten. • Bouw van een condensator

- De factoren die het verloop van de oplaad- en ont-laadcurven beïnvloeden toelichten.

• Opladen en ontladen van een condensator

- Het verband tussen capaciteit, opgestapelde lading en spanning over een condensator in een formule weergeven en toelichten.

• Capaciteit + eenheid

- De verschillende factoren in de formule voor de capaciteit van een vlakke condensator toelichten.

• Capaciteit van een vlakke condensator

- Enkele types condensatoren beschrijven. (U) • Soorten condensatoren (U)

- De substitutiecapaciteit bij het schakelen van con-densatoren berekenen. (U)

• Schakelen van condensatoren (U)


Een condensator kan modelmatig worden voorgesteld als een “vat” dat we met ladingen kunnen vullen, zoals een vat dat we van onderuit met water vullen. Hierbij komt de spanning van de bron overeen met de druk van de pomp en de spanning op de platen van de condensator met de hydrostatische druk van het water in het vat. Bij dit model is het verloop van de spanning over de condensator bij het opladen en het ontladen gemakkelijk in te zien. Een eenvoudige praktische toepassing hiervan is het ontladen van een condensator door een fietsachter-licht bij stilstand. De elektrostatische aantrekkingskracht tussen de tegengestelde ladingen op de twee platen houden die ladingen ter plaatse, terwijl de isolator ertussen ervoor zorgt dat ze elkaar niet kunnen neutraliseren. Via een meetinterfa-ce met bijhorende software kunnen de oplaad- en ontlaadcurven en de invloed van de capaciteit en de weer-stand heel snel via demonstratieproeven aangetoond worden.


4.1.3 Elektromagnetisme

4.1.3.1 Permanente magneten


- Magnetische verschijnselen toelichten met behulp van magneetpolen, magnetische krachtwerking, magnetisch veld en veldlijnen.

• Magneetpolen

• Krachtwerking

• Veldlijnenspectra

- Het magnetisme van een permanente magneet en het magnetiseren en demagnetiseren van een fer-romagnetische stof vanuit het model van de ele-mentaire magneetjes toelichten.

• Elementaire magneetjes

- Magnetische influentie omschrijven. • Magnetische infuentie

- Het aardmagnetisme toelichten. (U). • Aardmagnetisme (U)


De studie van permanente magneten is er enkel als inleiding op elektromagneten. Je geeft hier best aan waar er permanente magneten gebruikt worden in het dagelijkse leven: bordmagneten, kastsluitingen, in fietsdynamo’s, in luidsprekers, .... bijvoorbeeld het al of niet bevatten van elementaire magneetjes kan het verschil uitgelegd worden tussen ferromagnetische en non-ferromagnetische stoffen. Door het richten van de elementaire mag-neetjes volgens eenzelfde oriëntatie ontstaat aan de ene kant van een spijker, in de buurt van een magneet, een noordpool en aan de andere kant een zuidpool. Dit verschijnsel heet magnetische influentie. Daardoor wordt de spijker zelf magnetisch.

4.1.3.2 Magnetische werking van elektrische stroom


- Beschrijven dat elektrische stroom in een geleider steeds een magnetisch veld veroorzaakt.

- Het veldlijnenpatroon van een solenoïde schetsen en de analogie met een staafmagneet aangeven.

- Het magnetisme in de materie verklaren door mid-del van kringstroompjes. (U)

• De stroom als oorzaak van het magnetisch veld bij

− een rechte geleider (proef van Oersted)

− een winding

− een solenoïde

• Veldlijnenpatroon van een solenoïde

• Verklaring van permanente magneten (U)

- Enkele toepassingen van elektromagneten be-spreken.

• Toepassingen van elektromagneten, zoals bij-voorbeeld bel, relais, luidspreker, magnetische deuropener, …



De proef van Oersted legt het verband tussen elektrische stroom en magnetisme. Vandaar dat we spreken van elektromagnetisme. De magnetische velden kunnen met ijzervijlsel of met magneetnaaldjes goed aangetoond worden. Kringstroompjes van bewegende elektronen in een atoom veroorzaken elementaire magnetische veld-jes.

4.1.3.3 Krachtwerking van een magnetisch veld op een stroomvoerende geleider


- De richting en de zin van de kracht van een mag-netisch veld op een stroomvoerende geleider bepa-len.

• Lorentzkracht: richting en zin

- De grootte berekenen in een concreet geval. • Lorentzkracht: grootte

- De sterkte van een magnetisch veld door magneti-sche inductie weergeven.

• Definitie van de magnetische inductie

- Het werkingsprincipe van een motor door middel van de Lorentzkracht verklaren.

• Toepassing: het motorprincipe (kracht op een stroomvoerend kader)


De waarde van de magnetische inductie geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. Daarom hoeft men de veldsterkte H niet te definiëren. De definitie van de magnetische inductie B wordt afgeleid uit de formule van de Lorentzkracht FL = B.I.l De magnetische inductie B kan aangetoond en gemeten worden met een hallsensor. De werking van de elektrische motor is een toepassing van de magnetische krachtwerking. Op het internet zijn mooie applets te zien die de Lorentzkracht en het motorprincipe via een animatie duidelijk maken.

4.1.3.4 Elektromagnetisch inductieverschijnsel


Het ontstaan van een inductiespanning toelichten. • Proef van Faraday

- Zin van de inductiespanning bepalen. (U). • Wet van Lenz (U)

- Invloed van de fluxverandering op de inductiespanning berekenen. (U)

• Algemene inductiewet (U)

- Het werkingsprincipe van een generator uitleggen. • Toepassingen zoals bijvoorbeeld het generator-principe, de elektrische gitaar, inductiekoken

- Het ontstaan van de wisselstroom beschrijven en het verband met de netfrequentie aangeven.

• Ontstaan van wisselstroom, netfrequentie

- Een wisselstroom onderscheiden van een gelijkstroom.

• Onderscheid tussen een wisselstroom en een gelijkstroom


- Het principe van meten van wisselstroom toe- toelichten.

• Effectiefwaarden

- De bouw en de bedoeling van een transformator beschrijven.

- De transformatorvergelijking bij een ideale trans-formator weergeven en toepassen.

• De transformator

− bouw

− de transformatorvergelijking

− toepassingen

- Het transport van elektrische energie beschrijven. • Transport van elektrische energie


Als men een spoel en een magneet tegenover elkaar beweegt kan een spanning worden geïnduceerd in die spoel: de inductiespanning. Wijs er de leerlingen in het bijzonder op dat het niet het magnetisch veld op zich is, maar de verandering van flux, die de inductiespanning opwekt. Het generatorprincipe kan eventueel proefondervindelijk worden aangetoond. De belangrijkste toepassing van het genereren van een spanning is de generator zoals de alternator en de fietsdynamo. Op het internet vind je mooie applets die via een animatie het generatorprincipe illustreren. Bij het genereren van wisselspanning kan er eventueel uitgebreid worden naar 3-fasige wisselstroom. Vanuit het behoud van energie bij een ideale transformator, kan de stroomvergelijking worden afgeleid en be-sproken.

4.2 Mechanica

4.2.1 Kracht en beweging


- Kracht als oorzaak van de verandering van de be-wegingstoestand van een voorwerp herkennen.

• Herhaling: kracht als oorzaak van verandering van bewegingstoestand

- De gevolgen voor de beweging bij krachten in evenwicht toelichten.

• Gevolgen van krachten in evenwicht inwerkend op een voorwerp (Fres = 0) :

− rust of eenparig rechtlijnige beweging

- Bij een eenparige rechtlijnige beweging de snelheid en de afgelegde weg berekenen en deze beweging grafisch voorstellen.

• ERB:

− snelheid en afgelegde weg

− x(t)- en een v(t)-diagram

+ Leerlingenpracticum

De gevolgen voor de beweging bij een constante kracht en het begrip versnelling bij een eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging omschrijven.

• Gevolgen van een constante kracht: de EVRB


- Bij een EVRB met en zonder beginsnelheid de afgelegde weg berekenen en deze beweging gra-fisch voorstellen.

• Het begrip versnelling bij een EVRB.

• De EVRB:

− snelheid, afgelegde weg

− - x(t)-, v(t)- en a(t)-diagram

+ Leerlingenpracticum


Het begrip kracht is reeds gekend via zijn statische en dynamische omschrijving nl. als oorzaak voor de vervor-ming van een star lichaam en als oorzaak voor de snelheidsverandering van een voorwerp. De statische uitwer-king van een kracht is uitvoerig aan bod gekomen in de tweede graad. Indien de kracht of de resultante van de krachten op een lichaam nul is, zal het in rust zijn of geen snelheidsverandering of richtingsverandering onder-gaan en dus een eenparig rechtlijnige beweging uitvoeren. Bij de behandeling van de E.R.B. definiëren we het begrip snelheid. In het leerlingenpracticum kan dit verder ingeoefend worden met de beweging van een luchtbel in een vloeistofbuis. Het begrip versnelling wordt gedefinieerd als de verandering van de snelheid per tijdseenheid. Niet elke veranderlijke beweging is dus eenparig (“gelijkmatig”) versneld. Als je met je fiets optrekt dan zal meer dan waarschijnlijk de snelheid niet gelijkmatig toenemen. Wanneer de versnelling constant is, spreken we van een eenparig (“gelijkmatig”) veranderlijke beweging. Het is aangewezen de proeven uit te voeren met de PC met een meetinterface, waardoor de grafieken direct beschik-baar zijn. Als voorbeeld kan de vrije val besproken worden. Hierbij wordt a vervangen door g, die we de valver-snelling noemen. Eventueel kunnen de formules geponeerd worden, waardoor er tijd vrijkomt om ze in concrete situaties toe te passen. In de context van verkeersveiligheid kan de remweg berekend worden, eventueel rekening houdend met de schrikseconde. Een eenparig vertraagde beweging is een voorbeeld van een E.V.R.B. met negatieve versnelling.

4.2.2 De beginselen van Newton


- Het eerste beginsel van Newton uitleggen door middel van voorbeelden van systemen in rust of in eenparige beweging.

• Het traagheidsbeginsel

- De invloed van de resulterende kracht en van de massa op de verandering van de bewegingstoestand van een voorwerp kwalitatief en kwantita-fief beschrijven.

• Fres = m.a : het onafhankelijkheidsbeginsel van krachten

- Met het tweede beginsel van Newton de eenheid van kracht toelichten.

• De eenheid van kracht

- Het beginsel van actie en reactie omschrijven en bij een gegeven situatie de beide krachten op de ver-schillende lichamen aanwijzen.

• Het beginsel van actie en reactie


- De beginselen van Newton toepassen bij bere-keningen in situaties waarbij een voorwerp een-parig versneld, eenparig vertraagd of eenparig beweegt.

• Standaardopdrachten in verband met de begin-selen van Newton en denkvragen in verband met leefwereldsituaties


In het hoofdstuk kracht en beweging hebben we kracht beschreven als de oorzaak van de verandering van de bewegingstoestand van een voorwerp. De bewegingstoestand veranderde niet indien de resulterende kracht op het voorwerp gelijk was aan nul. In dat geval zal dat voorwerp met zelfde snelheid rechtlijnig doorgaan of in rust blijven. Deze omschrijving is eigenlijk het eerste beginsel van Newton of het traagheidsbeginsel. Vanuit hun ervaringswereld kan men de leerlingen zelf laten verwoorden dat grotere massa’s moeilijker in beweging of moei-lijker tot rust gebracht worden. Deze vaststelling leidt tot een andere formulering van het eerste beginsel nl.: massa is traag. Het eerste beginsel houdt in dat er alleen dan een verandering van bewegingstoestand optreedt als er een resul-terende kracht op een voorwerp wordt uitgeoefend die niet gelijk is aan nul. Het tweede beginsel van Newton leert ons dat er een samenhang is tussen de grootheden kracht, massa en versnelling en ook hoe die relatie er uit ziet. Indien er meerdere krachten gelijktijdig op een lichaam inwerken leveren ze onafhankelijk van elkaar elk hun respectievelijke bijdrage tot de verandering van bewegingstoestand (= onafhankelijkheidsbeginsel van krachten). Tenslotte leert men via het derde beginsel (actie - reactie) dat krachten altijd in paren optreden. Belangrijk hierbij is erop te wijzen dat de twee krachten niet alleen gelijk zijn en tegengesteld, maar dat ze bovendien aangrijpen op twee verschillende lichamen zodat ze elkaar nooit kunnen opheffen (ze hebben dus geen resultante). Je kunt het derde beginsel aanschouwelijk maken door twee gelijke dynamometers horizontaal met elkaar te verbinden en het geheel uit te rekken: de dynamometers zullen beide dezelfde waarde voor de ondervonden kracht aanwij-zen. Het beginsel van actie en reactie is één van de meest gekende, maar minst begrepen items uit de fysica. Zo is het voor de leerling eigenaardig dat de kracht van de aarde op zijn lichaam even groot is als de kracht van zijn lichaam op de aarde. Wij vallen naar de aarde toe en niet andersom. De krachten zijn weliswaar even groot, maar de versnelling is afhankelijk van de massa. Een lichaam dat ergens op steunt ondervindt van die steun een kracht, de normaalkracht. Een lichaam dat er-gens aan hangt, ondervindt van de ophanging een kracht, de spankracht. Het is eveneens belangrijk bij het inoefenen van deze leerstof zoveel mogelijk gebruik te maken van opdrachten (of eventueel contexten) die leefwereld- en samenlevingsgerichte situaties beschrijven (bv. beweging en verkeer of beweging en sport).

4.2.3 Gravitatiekracht, zwaartekracht en gewicht


- De begrippen gravitatiekracht, zwaartekracht, zwaartepunt, zwaarteveldsterkte en gewicht om-schrijven.

• Gravitatiekracht

• Zwaartekracht: zwaartepunt

• Zwaarteveldsterkte en factoren die de zwaarteveldsterkte beïnvloeden

• Gewicht



De zwaartekracht werd reeds in de tweede graad ingevoerd via Fz = m.g waarbij g de zwaarteveldsterkte werd genoemd. Hier krijgt g ook de betekenis van de valversnelling. De equivalentie van N/kg en m/s² wordt via de definitie van de newton verduidelijkt. Uit de gravitatiewet van Newton toegepast op de aarde en een voorwerp in zijn nabijheid halen we g, waarna een bespreking volgt van de verschillende factoren die g beïnvloeden. Het onderscheid tussen massa en gewicht en tussen gewicht en zwaartekracht wordt hier extra onderstreept. Het gewicht van een lichaam is de kracht die een lichaam op zijn omgeving, bv. zijn steunvlak of zijn ophang-punt, uitoefent. Veel leerlingen hebben een verkeerd beeld van wat precies gewichtloosheid inhoudt. Concrete voorbeelden, zoals bv. het verschil tussen gewicht en zwaartekracht bij een parachutist in vrije val, kunnen hier verhelderend werken. Eventueel kan ook de gewichtloosheid besproken worden van astronauten in een baan om de aarde. Op bijvoor-beeld. een hoogte van 300 km is de zwaarteveldsterkte nog altijd ongeveer 8,9 N/kg. De astronauten zijn ge-wichtloos omdat ze rond de aarde aan het vallen zijn. Daarvoor moet men in een baan om de aarde wel een grote horizontale snelheid hebben.

4.2.4 Arbeid, vermogen en energie


- De begrippen arbeid en vermogen omschrijven. • Herhaling: arbeid van een constante kracht, niet evenwijdig aan de verplaatsing

- Bij energieomzetting de aard van de mechanische energie aangeven en met de formules berekenin-gen uitvoeren.

• Herhaling: vermogen

• Kinetische energie en gravitationele potentiële energie

- Het beginsel van behoud van energie toepassen bij het opstellen van een energiebalans van een me-chanisch systeem.

• Beginsel van behoud van energie toepassen bij energieomzetting in het zwaarteveld

- Met voorbeelden uitleggen dat opeenvolgende energieomzettingen, met de daarmee gepaard gaande degradatie van energie de evolutie van een fysisch systeem bepaalt.

• Het beginsel van behoud van energie toepassen rekening houdend met de degradatie van energie (onder andere door wrijving)

• Veralgemening van de wet van behoud van energie


Het begrip arbeid uit het leerplan van de 2de graad wordt hier herhaald en verruimd met het gebruik van een kracht niet evenwijdig aan de verplaatsing. De formules voor de gravitationele potentiële energie en de kineti-sche energie laten een kwantitatieve behandeling toe. Het beginsel van behoud van energie betekent dat voor een afgesloten systeem de som van potentiële en kinetische energie constant is. In de meeste gevallen wordt door de wrijvingskracht energie onder de vorm van warmte afgegeven aan de omgeving (degradatie van de energievorm). Vraagstukken hierop kunnen geplaatst worden in de context van een tobogan in een pretpark. Er kan bv. worden nagegaan of je met een bepaalde beginsnelheid over de top geraakt van een helling op de baan. Ook kan de snelheid berekend worden die bereikt wordt onderaan een helling, eventueel met een verlies van een opgegeven percentage aan thermische energie.


5 Minimale materiële vereisten

5.1 Basisinfrastructuur

- Een aangepaste demonstratietafel met water- en energievoorziening en voldoende bergruimte.

- Werktafels met energievoorziening voor leerlingenpractica

- Retroprojector

- pc met meetinterface en sensoren

5.2 Basismateriaal

- A-meter en V-meter en/of multimeter

- Elektrische componenten: schakelaars, lampjes, weerstanden, weerstandsdraden

- Regelbare spanningsbron

- Statiefmateriaal

- Snoeren

5.3 Specifiek materiaal

5.3.1 Elektriciteit

5.3.1.1 Elektrostatica

- Klein materiaal voor het aantonen van lading

5.3.1.2 Elektrodynamica

- Leerlingenmateriaal voor het afleiden van:

* wet van Ohm

* wet van Pouillet

* stroom- en spanningswetten

- Energie en vermogen in een elektrische stroomkring: smeltveiligheden, automatische zekering, differentieel-schakelaar

- Condensatoren


5.3.1.3 Elektromagnetisme

- Naald-, staaf- en U-vormige magneten, weekijzeren kernen

- Apparatuur voor het aantonen van het magnetisch veld bij een rechte geleider, bij een cirkelvormige geleider en een solenoïde

- Materieel voor het aantonen van de Lorentzkracht

- Materieel voor het aantonen van het verschijnsel elektromagnetische inductie

- Opbouwgenerator

5.3.2 Mechanica

- Leerlingenmateriaal voor het uitvoeren van de proef rond de ERB met behulp van de luchtbel in een vloei-stofbuis.

- Materiaal voor het aantonen van de EVRB

- Leerlingenmateriaal voor het bepalen van de valversnelling

- Dynamometers

- Materiaal om de beginselen van Newton aan te tonen

Leerplannen van het VVKSO zijn het werk van leerplancommissies, waarin begeleiders, leraren en

eventueel externe deskundigen samenwerken. Op het voorliggende leerplan kunt u als leraar ook reageren en uw opmerkingen, zowel positief

als negatief, aan de leerplancommissie meedelen via e-mail ([email protected]) of per brief (Dienst Leerplannen VVKSO, Guimardstraat 1, 1040 Brussel).

Vergeet niet te vermelden over welk leerplan u schrijft: vak, studierichting, graad, licapnummer. Langs dezelfde weg kunt u zich ook aanmelden om lid te worden van een leerplancommissie. In beide gevallen zal de Dienst Leerplannen zo snel mogelijk op uw schrijven reageren.

6 Evaluatie

Het doel van de evaluatie is na te gaan in welke mate de leerlingen zowel de algemene vaardigheden als de leerplandoelstellingen hebben bereikt. De evaluatievragen moeten daarom in de eerste plaats op die doelstellin-gen gericht zijn. Dit kan gebeuren door permanente evaluatie en door formatieve en summatieve toetsen. Bij de evaluatie zal men zorgen voor voldoende afwisseling in vorm (kennis-, inzichts-, en toepassingsvragen). Bij meerkeuzetoetsen zal men eventueel een verklaring van het aangeduide antwoord vragen. Aangezien het experiment, werken met grafieken en omgaan met informatie belangrijk zijn, mag dit ook terug te vinden zijn in de evaluatie. Zorg voor de nodige afwisseling in korte en lange vragen en overdrijf niet in rekenvraagstukken, waarvan de oplossing via meerdere stappen bekomen wordt (kettingvragen). Een goede redenering volgend op


een foutief cijferresultaat wordt ook nog positief gequoteerd. Met het algemeen gebruik van de computer, is het wat de lay-out van een proefwerk betreft, nog moeilijk aanvaardbaar, dat het aangeboden wordt onder vorm van een geschreven tekst. Streef eveneens naar een aanvaardbare en evenwichtige normering van de vragen. Wer-ken met een vooraf opgesteld correctiemodel zal de objectiviteit en de betrouwbaarheid van de verbetering zeker in de hand werken.

7 Bibliografie

7.1 Schoolboeken

- De leraar zal catalogi van educatieve uitgeverijen raadplegen.

- Leraarshandleiding Werkgroep fysica 3, Van In, Lier, 1996, ISBN 90-306-2465-5.

7.2 Uitgaven van Pedagogische-didactische centra

- Eekhoutcentrum, KULAK, Universitaire Campus, 8500 Kortrijk.

- Pedic, Coupure Rechts 314, 9000 Gent.

- DINAC, Bonnefantenstraat 1, 3500 Hasselt.

- Vliebergh-Sencieleergangen: Fysica, Naamsestraat 61, 3000 Leuven.

- Syllabi Navorming VVKSO, Integratie van de computer in de fysica, meer bepaald de handleidingen van de basisexperimenten resist, magnetisme, kinematica, trillingen en golven.

- Didactische infrastructuur voor het onderwijs in de natuurwetenschappen (VVKSO).

- Didactisch materiaal voor het onderwijs in de natuurwetenschappen (VVKSO).

7.3 Tijdschriften

Onder andere - Exactueel, Tijdschrift voor Natuurkundeonderwijs, Afdeling Didactiek Natuurkunde KUN, Toernooiveld 1,

6525 ED Nijmegem.

- Archimedes, Stichting Christiaan Huygens, Molenstraat 3&, 4841 CA Prinsenbeek.

- VELEWE, Tijdschrift van de vereniging van leraars in de wetenschappen, Molenveldwijk 30, 3271 Zichem.

7.4 Naslagwerkenbibliografie

- INAV, Informatie Natuurwetenschappen Vlaanderen, Uitgeverij Plantijn, Antwerpen.

- Wetenschappelijk Vademecum, Uitgeverij Pelckmans, Kapellen.


7.5 Internetsites

Bij het zoeken naar contextrijke en technische toepassingen kan de leerkracht het internet raadplegen. Daar-naast hebben een aantal didactische centra hun eigen website, waar interessante links, datums van bijscholin-gen, nuttige adressen, ... te vinden zijn.

TOEGEPASTE NATUUR- WETENSCHAPPEN

Documents

Transcript of TOEGEPASTE NATUUR- WETENSCHAPPEN