Wever, Julia, Ontwerponderzoek, Scheikunde

(1)

ONTWERPONDERZOEK

ONTWERPNOTITIE

Naam auteur(s) drs. J. Wever Vakgebied Scheikunde

Titel Redoxpractica met uitwerking op verschillende chemische niveaus Onderwerp Redoxreacties

Opleiding Interfacultaire Lerarenopleidingen, Universiteit van Amsterdam

Doelgroep 5 vwo

Sleuteltermen Redox, practicum, deeltjesniveau, begrip, halfreacties Bibliografische

referentie

Wever, J. (2018). Redoxpractica met uitwerking op verschillende chemische niveaus. Amsterdam: Interfacultaire Lerarenopleidingen, UvA.

Studentnummer 5887054

Begeleider(s) E. Joling & E. Min

(2)

SAMENVATTING

Er is een lessenserie ontworpen om het begrip van redoxreacties te verhogen. De lessenserie omvat een reeks practica met uitwerkingen op macroniveau, sub-microscopisch niveau en symbolisch niveau. De leerlingen moeten voorafgaand aan de uitvoering een aantal vragen inclusief voorspelling

beantwoorden. Na afloop moeten zij de waarnemingen verklaren en een tekening met alle deeltjes geven. Het effect van de lessenserie is gemeten met een voor- en natoets, analyse van het gemaakte practicumwerkboek en een leerrapport. De nameting heeft een significant hoger cijfergemiddelde dan de voormeting. Op het kennis- en inzichtniveau zijn de scores significant verbeterd. Daarnaast geven de leerlingen in het leerrapport aan de lessenserie als prettig te beschouwen. Meer onderzoek en data is nodig om te bepalen of het leereffect daadwerkelijk aan de lessenserie te wijten is.

(3)

1. PROBLEEMBESCHRIJVING

Redoxreacties zijn chemische reacties waarbij elektronenoverdracht plaatsvindt. Het onderwerp wordt zowel in de havo als vwo behandeld en is vaste prik op het eindexamen scheikunde. Veel theorie uit andere hoofdstukken komt terug bij dit onderwerp, zoals zouten, ionen en zuren/basen. De leerlingen uit de bovenbouw van zowel de havo als vwo omschrijven het onderwerp redoxreacties als lastig. Ook de docenten uit mijn vaksectie die lesgeven in de bovenbouw, ervaren dat leerlingen het een lastig

onderwerp vinden. Doel van dit ontwerponderzoek is om het onderwerp voor de leerlingen minder lastig te maken, waardoor ze uiteindelijk beter scoren op het onderwerp.

2. PROBLEEMANALYSE

Om te onderzoeken wat lastig is aan redoxreacties heb ik bij collega’s van de vaksectie navraag gedaan en ook bij leerlingen die het onderwerp al onderwezen hebben gehad. Daarnaast heb ik in de literatuur gezocht naar verdere onderbouwing van de genoemde argumenten van leerlingen en docenten. EMPIRISCH

Vaksectie

De vakdocenten uit de sectie gaven aan dat leerlingen redoxreacties als een lastig onderwerp beschouwen. Beide docenten noemden als eerste dat leerlingen het identificeren van de deeltjes aanwezig in de oplossingen lastig vinden. Leerlingen zien het verschil niet tussen het metaalatoom en een metaal-ion of ze zien het nut niet van de deeltjes identificatie en slaan deze stap over. Daarnaast is BINAS tabel 48 met de halfreacties ‘’indrukwekkend’’ voor ze, ze weten niet waar te beginnen met zoeken. Op de havo is de elektrolyse uit de examenstof gehaald en de elektrochemische cel ervoor in de plaats gekomen. De docenten merken dat dit als beter wordt ervaren door de leerlingen, omdat er minder uitzonderingen zijn. Bij vwo worden deze onderwerpen beide behandeld. De sterkte/het potentiaal van de elektrochemische cel vinden leerlingen lastig, ze krijgen weinig inzicht in wanneer de cel een sterke batterij is. Ook de koppeling met de praktijk blijft lastig voor leerlingen, omdat ze bijv. de Daniëlcel niet hetzelfde zien als een batterij.

Leerlingen

Omdat de leerlingen uit klas 5 op dit moment nog helemaal geen ervaring hebben met redoxreacties, heb ik leerlingen van 6 vwo bevraagd. Deze leerlingen hebben dus eind leerjaar 5 het onderwerp behandeld gekregen, maar ook in het begin van het 6e_{leerjaar. Ik heb een vijftal leerlingen kort}

geïnterviewd en hierbij een mix genomen van jongens/meisjes en zwakke/sterke leerlingen. In bijlage A1 staan deze interviews uitgewerkt. De reacties van de leerlingen waren verschillend. De algemene trend was inderdaad dat het een moeilijk onderwerp was. Ze gaven echter ook aan dat het onderwerp ze beter af ging naar mate ze het ‘trucje’ van het opstellen van de reactievergelijkingen door hadden. De

leerlingen konden echter niet bij mij aangeven waar redoxreacties belangrijk voor waren of voorbeelden van redoxreacties noemen. De leerlingen hebben een aantal practica gedaan bij het onderwerp, maar alleen de redoxtitratie is blijven hangen (waarschijnlijk omdat ze op dat moment een Praktische Opdracht deden waar de redoxtitraties van belang bij waren). De meeste practica bij dit onderwerp werden aan het eind van het hoofdstuk uitgevoerd, nadat de theorie en bijbehorende opgaven al behandeld waren. De meeste leerlingen gaven aan de koppeling tussen de praktijk en de theorie niet te kunnen maken bij het onderwerp. De leerling die het zwakst in het vak was gaf aan dat hij de theorie wel kon volgen, maar bij een opdracht niet wist waar te beginnen en het inventariseren van de aanwezige deeltjes ook lastig te vinden.

(4)

LITERATUUR

Uit onderzoeken beschreven in de literatuur (De Jong, 2002) komt naar voren dat docenten zelf

aangeven dat ze redoxreacties als één van de moeilijkste onderwerpen beschouwen om te doceren en er bij leerlingen veel misconcepten omtrent het onderwerp bestaan. Dit omdat het een abstract onderwerp voor de leerlingen is, terwijl redoxreacties misschien wel de meest belangrijke reacties zijn van alle chemische processen. Zo verklaren ze onder meer het proces van fotosynthese, energie-producerende reacties zoals het verbranden van fossiele brandstoffen, de productie van ATP in ons lichaam en de corrosie van metalen. Er wordt een groot aantal misconcepten omtrent redoxreacties besproken in de literatuur, meer dan in het kader van dit ontwerponderzoek behandeld kan worden. Onderstaande is een selectie van de problemen omtrent het onderwijzen van redoxreacties die worden genoemd. Deze selectie sluit aan op de problemen die naar boven kwamen uit het empirische onderzoek.

Door elkaar gebruiken van termen die deeltjes beschrijven

Ook in de literatuur komt terug dat leerlingen het lastig vinden om deeltjes te identificeren als reductor en oxidator. Dit komt onder andere omdat docenten de deeltjes en stoffen door elkaar halen tijdens hun uitleg. Ze spreken bijv. over koper, maar geven niet aan of het om het koper-ion of de koperatomen gaat. Doordat docenten dit door elkaar gebruiken, wordt het voor leerlingen niet duidelijk dat dit verschillende dingen zijn. Daarnaast vinden leerlingen het lastig om inzicht te krijgen in de sterkte van de reductor en oxidator hierdoor (De Jong, 1995).

Koppeling macro-micro niveau

Uit onderzoeken komt naar voren dat leerlingen de koppeling tussen de praktijk en de theorie lastig kunnen maken bij dit onderwerp. De theorie zelf wordt als abstract ervaren, je ziet de deeltjes waarover de reactievergelijkingen gaan niet in het echt. Dit is te verklaren aan de hand van de driehoek van Johnstone. In deze theorie worden drie niveaus beschreven (macro/sub-micro/representation). Voor leerlingen is het lastig om tussen deze niveaus te schakelen, waar docenten juist onbewust vaak schakelen tussen deze niveaus. Docenten proberen met behulp van (demo) practica deze koppeling tussen het macroniveau (wat de leerlingen kunnen waarnemen) en microniveau (de deeltjes die een rol spelen bij de reactie) wel te verduidelijken, maar slagen hier niet in. Wanneer gebruik gemaakt wordt van een (demo)practicum, is er vaak te weinig aandacht voor de concepties van de leerlingen zelf (De Jong, 1995).

3. VERKENNING VAN OPLOSSINGEN

Met mijn ontwerp voor een lessenserie probeer ik om het probleem van de moeizame koppeling tussen micro-macro niveau aan te pakken. Ik heb hiervoor gekozen, omdat een aantal van de geïnterviewde leerlingen aangaven dat zij wel de redoxreacties kunnen opstellen aan de hand van het gegeven stappenplan, maar zij het begrip van wat het precies voorstelt daarbij ontberen. Ook vind ik het zelf als docent belangrijk om leerlingen niet alleen maar ‘trucjes’ aan te leren, maar ze vooral ook begrip bij te brengen. Met begrip wordt zowel de kennis en het inzicht over het onderwerp bedoeld, als ook het kunnen toepassen van de theorie. Hieronder staan drie manieren om dit probleem aan te pakken. PRACTICA OM BEGRIP TE VERHOGEN

Een manier om de koppeling tussen macroniveau en microniveau te versterken, is door het doen van practica. Deze practica moeten dan echter wel juist uitgevoerd worden. In de huidige lessituatie worden de practica aan het eind van het hoofdstuk uitgevoerd als opmaat naar het onderwerp (redox)titratie. Als

(5)

de practica tussentijds in het hoofdstuk kunnen worden ingezet, dan zou dat kunnen helpen in het beter begrijpen van de theorie. Onderzoek toont aan dat leerlingen die de uitkomst van een practicum moeten voorspellen voordat ze het resultaat zien, de onderliggende theorie beter begrijpen (Crouch, 2004). De voorspelling van de leerlingen moeten ook van tevoren beargumenteerd worden. Na afloop van het practicum moet een discussie plaats vinden waarin de waarnemingen en resultaten verklaard worden door de leerlingen. Een manier om practica volgens deze regels te laten uitvoeren is de PDEODE-methode (Costu, 2010).

DE DRIE NIVEAUS VAN JOHNSTONE VERDUIDELIJKEN

Johnstone beschrijft in zijn theorie drie verschillende niveaus binnen de scheikunde: de macroscopische wereld die we kunnen waarnemen, de submicroscopische wereld van de deeltjes zoals moleculen, atomen en ionen die deze waarnemingen moeten verklaren en de symbolische representaties in de vorm van formules en reactievergelijkingen. Leerlingen vinden het lastig om tussen deze drie niveaus te schakelen, waar docenten dit vaak automatisch doen. Vaak wordt het tweede niveau (submicroscopisch) overgeslagen bij het behandelen van de stof of alleen losjes benoemd. Leerlingen zouden meer begrip in redoxreacties kunnen krijgen door het submicroscopische nadrukkelijk als tussenstap te nemen bij het verklaren en voorspellen van reacties. Ook kan de samenhang tussen de drie niveaus vergroot worden (Johnstone, 1993). In de huidige situatie krijgen de leerlingen de theorie over redoxreacties uitgelegd op basis van enkele mondelinge voorbeelden en voorbeeldvragen. Hierbij wordt amper verwezen naar waarnemingen op macroniveau tijdens de reacties. Vervolgens wordt er veel geoefend op het

symbolische niveau geoefend door de reactievergelijkingen van verschillende redoxreacties op te stellen, oplopend van makkelijk (halfreacties met gelijk aantal elektronen uit BINAS halen) tot moeilijk (zelf halfreacties opstellen).

CONCEPT-CONTEXT BENADERING

Leerlingen zouden ook kunnen oefenen met het toepassen van de behandelde stoffen in een nieuwe context door middel van concept-context lessen. Een context is een situatie of probleemstelling die voor leerlingen betekenis heeft of krijgt. Contexten kunnen bijdragen aan een beter beeld van wat scheikunde inhoudt. Ook kunnen ze bijdragen aan gemotiveerd leren en geven betekenis aan concepten. Afwisseling tussen verschillende contexten is nodig om de transfer van kennis en vaardigheden te versterken (SLO, 2013). Zo beschrijft De Jong in het artikel dat leraren meer aandacht zouden moeten besteden aan de industriële applicaties van redoxreacties. Zo zou het onderwerp geïntroduceerd kunnen worden aan de hand van de productie van staal of met experimenten zoals het galvaniseren van ijzeren objecten. Deze contexten vinden echter weinig aansluiting bij de belevingswereld van de leerlingen. Zij zijn niet bekend met deze processen en ik kan mij voorstellen dat het hierdoor ook niet motivatie verhogend zal werken voor hen.

4. ONTWERPHYPOTHESE EN ONTWERPREGELS

Ik heb ervoor gekozen om het begrip over redoxreacties te verhogen door met practica de koppeling tussen de verschillende niveaus beschreven door Johnstone te maken. Het verhoogde begrip uit zich in een betere kennis over redoxreacties, meer inzicht in het proces en het beter kunnen toepassen van deze kennis. Daarnaast zullen de leerlingen tijdens het doen van de practica hun waarnemingen moeten voorspellen en wordt er gediscussieerd over de uitkomst. Vanwege de uitvoerbaarheid van de practica en de beschikbare materialen, hebben de leerlingen tijdens deze lessen moeten samenwerken in tweetallen.

(6)

ONTWERPHYPOTHESE

Wanneer ik het lage begrip van redoxreacties aanpak door de leerlingen van 5 VWO een lessenserie te geven waarin het macroniveau van practicawaarnemingen, het sub-microniveau van de deeltjes en de symbolische representatie van reactievergelijkingen met elkaar worden verweven volgens de theorie van Johnstone, zullen zij meer begrip krijgen van redoxreacties.

De mate van begrip van redoxreacties heb ik gemeten door middel van een voor- en na toets bij de testklas, waarin vragen op kennis, inzicht en toepassingsniveau staan. Je kunt de toetsen als versie A en B van elkaar zien, dezelfde soort vragen maar met net even andere stoffen/deeltjes. De voortoets is ook bij een parallelklas afgenomen ter vergelijking van het algemene niveau van de testklas.

Ook is bij de testklas na afloop van de lessenserie een leerrapport afgenomen om het leereffect te analyseren.

ONTWERPREGELS VOOR DE LESSEN

Het lesontwerp moet een aantal practica bevatten op het gebied van redoxreacties die leerlingen moeten uitvoeren.

Het lesontwerp moet de leerlingen in tweetallen laten werken.

Het lesontwerp moet de leerlingen vooraf aan het practicum de uitkomst laten voorspellen met een bijbehorende verklaring.

Het lesontwerp moet leerlingen hun waarnemingen tijdens het practicum laten omzetten in een beschrijving van de deeltjes op sub-microniveau.

Het lesontwerp moet leerlingen deze deeltjes laten omzetten in een symbolische representatie met bijbehorende reactievergelijking.

Het lesontwerp moet leerlingen na afloop van het practicum hun waarnemingen laten verklaren aan de hand van deze reactievergelijking.

Het lesontwerp moet ruimte bieden voor een klassikale discussie over de practica.

5. LESOPZET & ONDERBOUWING VAN LEERACTIVITEITEN

Hieronder volgt een beschrijving van de lesopzet met onderbouwing van de gemaakte keuzes. Voor een volledig overzicht van de lessenserie zijn de lesplannen opgenomen in bijlage B1, B2 en B3.

LES 1 (BLOKUUR)

De lessenserie wordt begonnen met het afnemen van de voortoets. Nadat de toets is afgenomen volgt een instructie over de manier van werken bij de practica. De werkboekjes worden uitgedeeld en de vragen van proef 1 worden klassikaal doorgenomen. Dit is nodig omdat de leerlingen bij voorgaande scheikundepractica veel minder opdrachten over het practicum hebben moeten maken.

(7)

Hierna volgt nog een korte instructie over het doen van practica in het algemeen: welke veiligheidsregels van toepassing zijn, welke spullen op tafel horen te liggen, waar ze het afval moeten laten en waar ze de materialen kunnen vinden. Dit is bekender terrein voor de leerlingen, dus hoeft alleen even herhaald te worden zonder al te veel nadruk.

De leerlingen werken in tweetallen aan de opdrachten in het werkboek en overleggen dus over de op te schrijven antwoorden. Het practicumwerkboek staat in bijlage C1. De proeven zijn uitgekozen in overleg met de technisch onderwijs assistent. Deze proeven hebben waarnemingen die voor de leerlingen duidelijk te onderscheiden zijn en de chemicaliën waren beschikbaar in het kabinet. Daarnaast zijn 8 van de 10 proeven buiten de zuurkast om uit te voeren en dus door de leerlingen zelf te doen.

De leerlingen werken op hun eigen tempo aan de opdrachten in het werkboek. De docent en de technisch onderwijs assistent lopen rond om de leerlingen te assisteren en vragen te beantwoorden. Daarnaast kan de docent hierdoor bepalen of er bepaalde opdrachten zijn waar leerlingen steeds bij vastlopen, waar de knelpunten zitten. Er wordt verwacht dat de leerlingen proef 1 t/m 4 af zouden moeten krijgen in het eerste blokuur.

Het laatste kwartier van de les wordt gebruikt om de gemaakte proeven klassikaal te bespreken. Dit wordt gedaan om te controleren hoe de opgaven gemaakt zijn door de leerlingen en zodat de leerlingen elkaars waarnemingen en verklaringen kunnen aanvullen. De docent kan hierbij de leerlingen nog corrigeren, zodat dit meegenomen kan worden in de resterende proeven.

LES 2

Aan het begin van les 2 wordt eerst klassikaal teruggekeken op les 1 van de lessenserie. Vervolgens wordt het practicum gestart met de demo in de zuurkast van proef 9 en 10. Proef 10 moet enkele dagen blijven staan, dus het resultaat hiervan wordt in les 3 bekeken. De demo wordt aan het begin van de les gedaan om de leerlingen enthousiast te maken voor de overige practica. De leerlingen vullen vooraf aan de demo eerst een aantal vragen in en na afloop ook weer.

Daarna gaan de leerlingen de resterende proeven af maken. Ze werken hierbij in dezelfde tweetallen als de vorige les, omdat ze als duo het werkboek delen. Om de leerlingen te tijd te geven om alle proeven te doen, volgt de discussie over proef 5 t/m 8 pas in les 3. Dit is niet ideaal, maar omdat les 3 al na enkele dagen op les 2 volgt, is het wel mogelijk.

LES 3

Aan het begin van deze les wordt teruggekeken naar op proef 5 t/m 8 die vorige les gemaakt zijn. Leerlingen krijgen vervolgens nog de tijd om alle opdrachten in het werkboek af te ronden. De duo’s die hier al mee klaar zijn kunnen werken een het oefenstencil dat in eerdere lessen is uitgedeeld.

Daarna begint de klassikale bespreking en discussie van de opdrachten die erbij horen. Leerlingen vullen elkaar hierbij opnieuw aan en de docent kan nog correcties uitvoeren.

Na de klassikale discussie vullen de leerlingen het leerrapport in. Voorafgaand vertelt de docent wat de bedoeling is en noemt een aantal voorbeelden van antwoorden op de open vragen van het leerrapport. Daarnaast moet worden benadrukt dat het leerrapport anoniem is, zodat leerlingen zich veilig genoeg voelen om hun antwoorden op te schrijven.

(8)

6. EVALUATIE

Evaluatie heeft plaats gevonden middels twee effectmetingen bij mijn 5 vwo klas op mijn stageschool en één effectmeting bij een controleklas. Met beide effectmetingen is gemeten hoeveel de leerlingen hebben geleerd van deze lessen. Met de kennis- en vaardighedentoets wordt dit begrip op het kennis, inzicht en toepassingsniveau gemeten.

KENNIS- EN VAARDIGHEDENTOETS

De leerlingen van de testklas vullen vooraf een kennis- en vaardighedentoets in over redoxreacties (bijlage D1) om de mate van begrip te meten. Ook een parallelklas gaat deze voortoets maken. Na afloop van de lessenserie vult de testklas opnieuw eenzelfde soort test in, maar dan de B-versie (bijlage D2).

Voor beide versies van de toets geldt het onderstaande schema voor indeling van de verschillende vragen op beheersingsniveau en marconiveau/sub-microniveau/symbolisch niveau.

Vraag Beheersingsniveau Macro/sub-micro/symbolisch

1 Kennis Sub-micro

2 Kennis Sub-micro

3 Inzicht Symbolisch + sub-micro

4 Inzicht Symbolisch 5 Inzicht Sub-micro 6 Toepassing Symbolisch 7 Toepassing Macro 8 Toepassing Symbolisch 9 Inzicht Sub-micro

Tabel 1: Indeling van de vragen van de voor- en nameting op beheersingsniveaus en de chemische niveaus van Johnstone.

(9)

LEERRAPPORT

De leerlingen van de testklas vullen na afloop een leerrapport in over deze lessen (bijlage D5) waarin het leereffect tijdens de lessenserie wordt bevraagd.

De verwachting is dat leerlingen bij de open vragen antwoorden over het doen van practicum in het algemeen, over kennis van redoxreacties, over inzicht in redoxreacties, over het maken van

reactievergelijkingen omtrent redoxreacties en over hun eigen persoon. PRACTICUMWERKBOEK

De practicumwerkboeken zijn na afloop van de lessenserie ingeleverd door de leerlingen om beoordeeld te worden voor een cijfer.

7. BESCHRIJVING UITVOERING LESSENSERIE & METINGEN LES 1 (BLOKUUR) – DINSDAG 10 APRIL

Enkele leerlingen kwamen later binnen in de les, vanwege de roosterwijziging. Het maken van de toets duurde langer dan ik had verwacht. Door deze uitloop kregen de leerlingen uiteindelijk minder tijd voor de andere onderdelen van deze les, wat een negatieve invloed kan hebben op de opbrengst van de lessenserie.

Om organisatorische redenen is in overleg met de TOA besloten om eerst de demonstratie te doen en de leerlingen daarna zelf aan de slag te laten gaan. Toen de leerlingen zelf aan de slag moesten, merkte ik op dat er mooie discussies ontstonden over de deeltjes waaruit de stoffen en oplossingen bestaan. Mijn werkplekbegeleider vond dat de proefjes niet snel genoeg werden uitgevoerd en gaf aan bij de leerlingen dat ze de uitwerking later moesten doen en nu vooral de proefjes zelf. Het is hierdoor goed mogelijk dat het effect van de lessenserie hierdoor minder is uitgevallen. De bedoeling was juist dat leerlingen de uitvoering van de proeven en de uitwerking aan elkaar gingen koppelen. Om deze koppeling toch nog zoveel mogelijk te behouden, heb ik de leerlingen aangeraden om wel de vragen vooraf aan de

uitvoering van de proef (a t/ d) te doen, maar de vragen daarna (f t/m h) niet. De verschillende proeven konden onafhankelijk van elkaar uitgevoerd worden, dus het niet maken van de bijbehorende

opdrachten leverde geen hinder op in de uitvoering van de proeven erna.

Vanwege het tijdgebrek, onder andere ontstaan door de langere toetsduur, is de discussie verschoven naar de volgende les. Mogelijk heeft het tijdgebrek tot gevolg dat leerlingen de opdrachten wat hebben afgeraffeld, waardoor het effect van de lessenserie op het begrip van redoxreacties minder is.

LES 2 – DONDERDAG 19 APRIL

De leerlingen hadden de eerste proeven het niet meer helemaal scherp in hun hoofd zitten, omdat het ondertussen alweer 1,5 week geleden was dat deze waren uitgevoerd. Hierdoor was de discussie wat zwak. Ongeveer de helft van de groepjes had duidelijk moeite om in te zien wanneer een oplossing uit ionen bestond of uit opgeloste moleculen.

Meerdere leerlingen merkten tijdens het doen van de practica op dat er in het boekje niet duidelijk stond of de stoffen voor of na het mengen verwarmd moesten worden. Dit stond er inderdaad niet

(10)

duidelijk in, dus dat is een goed punt voor die leerlingen. Hierdoor zal niet ieder groepje deze proef goed hebben uitgevoerd en mogelijk andere waarnemingen hebben gedaan dan de bedoeling was. Ook stond het aanzuren van de stoffen steeds bij de andere stof in de uitvoering, maar dat had geen invloed verder op het resultaat.

Ik merkte tijdens het rondlopen dat de volgorde van vragen in het practicum werkboek anders had gemoeten. Leerlingen werd nu bij elke proef bij vraag a gevraagd om een voorspelling te doen. Deze voorspelling deden ze op basis van hun kennis van deeltjes en dat zijn juist vraag b t/m d. Ik ben ze vanaf dat moment ook gaan aanraden om eerst vraag b t/m d te beantwoorden en daarna pas de voorspelling bij vraag a te doen. Nu waren zij onnodig veel tijd kwijt bij vraag a, waardoor het beantwoorden van andere vragen in tijdsnood kwam.

LES 3 – DONDERDAG 26 APRIL

Dit was de laatste les voor de meivakantie en de leerlingen kwamen ook wat lustelozer over. Deze les is vanwege uitval later gegeven dan gepland. Aan het eind van de les bleek dat de leerlingen meer tijd wilde hebben voor de verwerking van de proeven (f t/m h), ook omdat ze een goed cijfer wilden halen voor het werkboek. Hierop is besloten dat zij pas na de meivakantie het practicumwerkboek hoefden in te leveren. Deze extra tijd heeft waarschijnlijk ook een positieve invloed op de effecten van de

lessenserie, omdat de leerlingen dan de tijd hebben om alle opdrachten serieus te maken.

Aan het eind van de les hebben ze het leerrapport ingevuld. Hier hebben zij minder tijd voor gekregen dan mijn bedoeling was, omdat de leerlingen nog lang bezig waren met het practicum. Hierdoor kan het zijn dat de leerrapporten minder inzichten gaan opleveren dan wanneer de leerlingen meer tijd zouden hebben gekregen voor het invullen.

NAMETING – DINSDAG 22 MEI

Door de uitval van lessen is het niet meer gelukt om de nameting te doen voor de meivakantie. Nu is de nameting pas een maand na de laatste les van de lessenserie uitgevoerd. Mogelijk is het zo dat de kennisvragen uit de natoets daardoor minder goed zijn gemaakt, omdat dit is weggezakt. Van de inzicht en toepassingsvragen verwacht ik hierdoor geen afname in score.

De nameting heb ik aan het begin van het lesuur afgenomen en deze keer rekening houdend met het feit dat de toets langer duurde dan aanvankelijk gedacht. Een aantal leerlingen gaf aan dat ze het idee hadden dat ze deze toets nog slechter hadden gemaakt dan de eerste. Ook bleek tijdens de afname dat vraag 8a van de toets niet klopt. Er had natriumdichromaat moeten staan, nu stond er natriumchromaat. Omdat chromaat niet voorkomt in BINAS tabel 48 konden leerlingen deze opgave niet maken zoals bedoeld.

8. RESULTATEN

VOORMETING TESTKLAS EN CONTROLEKLAS

De gemiddelde score van de voormeting van de testklas was 10,37 met een standaard deviatie 5,69. Aan deze metingen hebben 19 leerlingen meegedaan. Bij de controleklas werd een gemiddelde score

gevonden van 11,22 met een standaard deviatie van 5,73. Het aantal deelnemers hier was 17. Beide scores zijn getest door middel van een tweezijdige t-toets voor heterogene groepen met gelijke variantie. De grens voor de p-waarde is hierbij op 0,05 gezet. Dat wil zeggen dat de kans op het foutief

(11)

vaststellen van een verschil tussen deze klassen op minder dan 5% ligt. Uit deze test kwam een p-waarde die hoger was dan de grens van 0,05 (namelijk 0,49), dus er kan gesteld worden dat beide groepen vergelijkbaar zijn. De betrouwbaarheid van de voormeting is bepaald met behulp van Cronbach alfa. Deze is 0,86 bij de testklas en volgens de vuistregels van COTAN wordt dit bij metingen met een groep als goed beschouwd. Dit betekent dat de testklas, waarin de verdere metingen zijn gedaan, niet significant beter of slechter is op een toets over dit onderwerp. Hierdoor zou een eventuele stijging van scores tussen voormeting en nameting ook voor andere groepen kunnen gelden.

NAMETING TESTKLAS

De gemiddelde score van de nameting bij de testklas is 11,41 met een standaard deviatie van 4,36. Het aantal deelnemers bij de nameting was 22 en de betrouwbaarheid is ook getest met behulp van Cronbach alfa. Deze is 0,81 en wordt beschouwd als goed.

VERGELIJKING VOORMETING EN NAMETING VAN TESTKLAS

In totaal zijn er 18 leerlingen die zowel de voor- als nameting hebben gedaan. De waardes van deze leerlingen zijn met elkaar vergeleken. Zie de tabel hieronder voor de statistische waardes van de scores van deze groepen.

Voormeting Nameting

Gemiddeld cijfer 4,6 Gemiddeld cijfer 5,4

Standaard deviatie 1,96 Standaard deviatie 1,79

Cronbach alfa 0,84 Cronbach alfa 0,79

Tabel 2: Gemiddelde cijfer, standaarddeviatie en Cronbach alfa voor vergelijking van voor- en nameting.

Er is ervoor gekozen om bij de vergelijking tussen voor- en nameting met cijfers te rekenen in plaats van scores vanwege de foutieve vraag 8a in de nameting. Deze vraag is achteraf uit de meting

teruggetrokken, omdat leerlingen deze niet konden beantwoorden zoals gewenst door een fout in de naam van één van de stoffen. De cijfers van zowel voor- als nameting zijn bepaald door de behaalde score te delen door het totaal te behalen punten en dan te vermenigvuldigen met 9 en 1 erbij op te tellen.

Als alternatief had vraag 8a ook uit de voormeting weggehaald kunnen worden. Hierdoor zou het gemiddelde cijfer van de voormeting van de groep lager komen te liggen (4,4). Het effect zou dan misschien onterecht groter zijn gemaakt. Daarom is gekozen om met berekende cijfers te werken. Met behulp van een eenzijdige t-toets voor gepaarde groepen is bepaald of het gevonden verschil significant is. Hierbij is de kans op een fout vastgesteld effect opnieuw op 0,05 gesteld. Uit de t-toets kwam een waarde van 0,0064 en dus mag dit een significant verschil worden genoemd. De waardes voor Cronbach alfa zijn, ondanks het lagere aantal deelnemers in de vergelijking, nog steeds hoog genoeg om

(12)

de betrouwbaarheid als goed te beschouwen. Hiermee kan de ontwerphypothese dus als succesvol beschouwd worden, omdat je kan stellen dat het begrip bij de leerlingen wel degelijk hoger is geworden. Ook individuele vragen van deze groep zijn met elkaar vergeleken. Vraag 4 (het herkennen van de reductor en oxidator in een reactievergelijking) en vraag 7b (wat er gebeurt als koper en ijzerionen bij elkaar worden gedaan) zijn zowel op de voormeting (beide 0,1 gemiddeld) als nameting (beide 0 gemiddeld) het slechts gescoord. Bij de meeste vragen zijn de gemiddelde scores omhoog gegaan, behalve bij de hier bovengenoemde vragen en vragen 3a (herkennen wel of geen redoxreactie), 6a (noteren van juiste symbolische notatie), 8c (opstellen reactievergelijking) en 9a (overeenkomst tussen redoxreactie en zuur-base reactie).

Vooraf zijn de vragen van de voor- en nametingen ingedeeld op beheersingsniveau (kennis, inzicht en toepassing). De subscores per beheersingsniveau zijn met elkaar vergeleken en ook getest met een eenzijdige t-toets voor gepaarde groepen. Hieruit blijkt dat de gemiddelde scores voor kennis en inzicht bij de nameting significant hoger liggen. Ook de subscores op macro, sub-micro en symbolisch niveau zijn met elkaar vergeleken en bij sub-microscopisch niveau was de score significant hoger. Hieronder een overzicht ter vergelijking.

Voormeting Nameting p-waarde t-toets

Gemiddelde score kennisvragen 0,68 Gemiddelde score kennisvragen 1,00 0,025 Gemiddelde score inzichtsvragen 2,36 Gemiddelde score inzichtsvragen 3,82 0,0022

Gemiddelde score vragen op sub-microscopische niveau

2,05 Gemiddelde score vragen op sub-microscopische niveau

3,86 7,2 × 10-5

Tabel 3: Vergelijking van subscores voor verschillende domeinen – gemiddeldes en p-waarde bij eenzijdige t-toets voor gepaarde groepen.

Zoals al eerder gesteld zou je op basis van de scores en de analyses kunnen aannemen dat de

ontwerphypothese klopt, omdat de scores op de nameting hoger liggen dan op de voormeting. Dit kan echter ook andere oorzaken hebben dan de gegeven lessenserie. Zo is de nameting pas een maand later dan de voormeting uitgevoerd. Tussendoor hebben de leerlingen behalve de lessenserie ook andere lessen gehad in het kader van redoxreacties. Het zou ook kunnen dat juist deze lessen voor het effect hebben gezorgd.

De afname van beide metingen was allebei op het eerste uur van de dinsdag en werd beide keren door dezelfde docent afgenomen. Echter, bij de voormeting waren een aantal leerlingen wat gehaast en in de war, omdat de les in een ander gebouw werd gegeven dan normaal. Dit was bij de nameting niet zo. Dit kan dus een negatief effect op de scores van de voormeting hebben gehad.

(13)

PRACTICUMWERKBOEK

De practicumwerkboeken van de koppels zijn nagekeken ter beoordeling. Leerlingen kregen het cijfer voor dit werkboek op hun rapport. Alhoewel een analyse van het practicumwerkboek oorspronkelijk niet ter evaluatie is opgenomen, zijn er toch een aantal zaken opgevallen tijdens het nakijken.

Het gemiddelde van de practicumwerkboeken is een 7,55 met een standaard deviatie van 1,22. Er zijn in totaal 11 practicumwerkboeken ingeleverd. Geen één van de koppels heeft een onvoldoende gescoord. Hieronder een overzicht van de gemiddelde scores per soort vraag. Leerlingen hebben de meeste punten gescoord op het onderdeel ‘waarneming tijdens de uitvoering van het proefje (vraag e) en de minste punten op de tekening na afloop van het proefje (vraag h).

Vraag b c d e f g h

Soort Waarneming Tekening Symbolische notatie Waarneming Opstellen RV Verklaring Tekening Gemiddelde percentage van punten 59 85 84 91 81 62 56

Tabel 4: Percentages van gemiddelde scores per vraagsoort op de eerste acht proeven van het practicumwerkboek. Proef 9 en 10 zijn er buiten gelaten, omdat dit een demo was met een andere opbouw van vragen.

De leerlingen moesten bij elke proef waarnemingen op schrijven bij zowel de chemicaliën vooraf als tijdens en na het proefje. Wat opvalt is dat leerlingen vaak alleen een kleur noemen als waarneming. Ik denk dat daar in voorgaande practica de meeste nadruk op is gelegd. Hierdoor misten ze bij het ‘verklaren van de waarnemingen’ vaak de koppeling tussen het troebel worden van het mengsel en de vaste stof die ontstond volgens de reactievergelijking. Ook het bruisen van het mengsel en gas dat ontstaat werd hierdoor regelmatig overgeslagen. Daarnaast lijken een aantal leerlingen het verschil tussen kleurloos en helder (transparant of doorzichtig) niet te weten. Hier heb ik ook meerdere keren in de les leerlingen over nagevraagd. Als laatste valt bij de waarnemingen op dat leerlingen dingen

opschrijven als ‘het lost op’, in plaats van een daadwerkelijke beschrijving van wat er te zien / voelen / horen is.

Het noteren van de symbolische afkortingen ging vrij goed. Enkele leerlingen vergaten om (s) achter vaste stoffen te zetten. Ook waren er leerlingen die het zure deeltje met H3O+ aangaven in plaats van H+, zoals hun bij het onderwerp zuur-base reacties is geleerd. Op zich doet dat niks af aan het begrip van dat er een zuur deeltje in de oplossing aanwezig is, maar bij het opstellen van de reactievergelijking kan zich dan een probleem voordoen om dat in de BINAS tabel H+_{vermeld staat. Hierdoor kan de verkeerde} halfreactie worden geselecteerd. Daarnaast kwam het een aantal keer voor dat chloorwater werd genoteerd als chloride-ion.

Bij het opstellen van de reactievergelijkingen werden vrijwel steeds de juiste halfreacties gekozen. Alleen tijdens de proef met kaliumjodide (8) en de proef met niet aangezuurd kaliumpermanganaat (6) werden de verkeerde halfreacties geselecteerd. Bij de proef met kaliumjodide selecteerden zij een halfreactie volgens het trucje ‘de reductor die het laagst in de tabel staat is het sterkst’. Echter, voor het jodide-ion

(14)

staan drie halfreacties in de tabel met allen een even grote elektrodepotentiaal. Zij zouden juist de bovenste van de drie moeten kiezen, omdat dit ook overeen komt de waarnemingen tijdens de proef. Bij de proef met niet aangezuurd kaliumpermanganaat kozen ze een halfreactie waarin het

permanganaation wel met een zuur deeltje moest reageren.

Als laatste toonden de tekeningen van de chemicaliën na afloop van de proef interessante resultaten op. Veel leerlingen vergaten om het oplosmiddel water te tekenen. Daarnaast werden de tribune-ionen regelmatig vergeten. Deze doen niet mee aan de reactie, maar zijn wel degelijk in het mengsel aanwezig. De cijfers van het practicumwerkboek en de cijfers van de nameting zijn met elkaar vergeleken. Er is een correlatie van 0,79. Dit wil zeggen dat een goed cijfer voor het practicumwerkboek vaak overeenkomt met een goed cijfer voor de nameting. Dit is een extra indicatie voor het positieve effect van de lessenserie op het begrip van redoxreacties en dus een ondersteuning voor de ontwerphypothese. LEERRAPPORT

Er zijn tweeëntwintig leerlingen van de testklas die het leerrapport hebben ingevuld. Het leerrapport bestond uit vier open vragen en vier gesloten vragen.

Bij de gesloten vragen was de gemiddelde score 12 met een standaarddeviatie van 1,98. In onderstaande grafiek zijn de gemiddeldes te zien van de gesloten vragen van het leerrapport. De leerlingen geven aan plezier te hebben gehad in de les (2) en vertrouwen te hebben in een goed cijfer voor de repetitie (4). Op de vragen of ze het beter begrepen hebben door de lessenserie (1 en 3) zijn ze neutraal.

Grafiek 1: Gemiddelde scores van de gesloten vragen van het leerrapport.

Het kan zijn dat de leerlingen van tevoren al het gevoel dachten dat ze de stof begrepen hadden en konden toepassen. De resultaten van de voormeting zijn namelijk pas na afloop van de lessenserie besproken. Dit zou kunnen verklaren waarom ze wel vertrouwen hebben in een goed cijfer, maar neutraal zijn op de vragen of de lessenserie hier aan bijdraagt. Het kan ook zijn dat de leerlingen denken dat het wel goed komt met het begrip zodra ze gaan leren voor het proefwerk.

(15)

De vergelijking tussen voor- en nameting wijst uit dat de leerlingen hoger scoren na afloop van de lessenserie. Dit zou kunnen komen door de lessenserie, maar eventueel ook andere oorzaken hebben. Mocht de lessenserie inderdaad de oorzaak zijn, dan valt af te vragen hoe goed leerlingen zelf kunnen inschatten hoe nuttig deze is geweest.

De open vragen van het leerrapport zijn ingedeeld in categorieën. De resultaten hiervan staan in

grafieken in bijlage E5. Alle antwoorden die over het begrip omtrent redoxreacties gaan, vallen onder de categorie redoxreacties. Hierbij ging het om inzicht, maar ook het opstellen van de reactievergelijkingen. In de categorie practicum of practicumvaardigheden zitten antwoorden die over het doen van practicum gaat, niet specifiek dit redoxpracticum. In de categorie scheikunde algemeen staan opmerkingen die wel over scheikunde theorie gaat, maar niet over het onderwerp redox. Het ging hierbij vaak over het onderwerp zouten en ionen. Antwoorden die gingen over de leerling zelf, zoals bijvoorbeeld de inzet of kennis van een leerling, zijn ingedeeld in persoonlijk. Opgavenboekje verwijst naar de antwoorden die gaan over het werkboek, bijvoorbeeld dat ze de stapsgewijze aanduiding fijn vonden of dat het meetelt als cijfer voor het rapport. Bij samenwerking & zelfstandigheid staan antwoorden die gaan over de manier van werken: vrijheid krijgen en partnerkeuze. Als laatste staan de antwoorden die over het krijgen van hulp van de docent bij vragen en de bijbehorende uitleg bij uitleg & hulp.

Wat hieraan opvalt is dat veel leerlingen het doen van practica uit de lessenserie als prettig hebben ervaren. Niet alleen de practica zelf, maar ook het practicumwerkboek en de zelfstandigheid vonden ze fijn. Daarentegen rapporteren leerlingen ook dat het vele schrijf- en tekenwerk in het practicumboek juist lastig is. De leerlingen rapporteren bij ‘ik heb geleerd dat…’ voornamelijk over redoxreacties. Aangezien het doel van de lessenserie is om het begrip van redoxreacties te verhogen, is dat positief. Bij de vraag ‘ik heb geleerd dat het niet zo is dat…’ rapporteren ze gelijk verdeeld over redoxreacties, het doen van practicum en een aantal algemene scheikundige theorie. In de categorie ‘scheikunde

algemeen’ wordt bij vraag 1 en 2 een aantal keer het verschil tussen moleculen en ionen genoemd, maar ook de koppeling met het onderwerp zouten. Dit is een onderwerp dat ze in klas 4 hebben gehad en al regelmatig is teruggekomen bij de leerlingen. Dit kan wijzen op een aantal hardnekkige misconcepties die door deze aanpak de wereld uit worden geholpen. Als laatste wordt bij de vraag ‘wat ik lastig vond…’ een aantal keer gesproken over het opschrijven van deeltjes bij redoxreacties. Dit komt niet uit de analyse van het practicumwerkboek, waarbij deze vraag goed ging. Dit kan komen omdat het practicumwerkboek in tweetallen is gemaakt en het leerrapport individueel. Ook uit de nameting kwamen hoge scores voor het onderdeel deeltjes opschrijven (vraag 6: gemiddeld 3,1 uit 4 punten). De docenten gaven van tevoren aan dat leerlingen hier moeite mee hadden, maar ook bij de voormeting was het één van de best gemaakte opgaven. Het lijkt dus wel alsof docenten en leerlingen dit probleem voor zichzelf groter maken dan dat het lijkt.

CONCLUSIE

Dit onderzoek had als doel om een lessenserie te ontwerpen om het begrip bij de leerlingen omtrent redoxreacties te verhogen. Hierbij is gebruik gemaakt van practica, waarbij de leerlingen de

waarnemingen op macroniveau moesten koppelen aan de theorie van deeltjes op sub-microniveau en de symbolische representaties. Uit de voor- en nameting over het begrip rondom redoxreacties blijkt dat dit begrip inderdaad verhoogd is na afloop van de lessenserie en de ontwerphypothese dus succesvol is. De lessenserie draagt vooral bij aan een verhoging van het kennis- en inzichtsniveau rondom

redoxreacties. Terugkijkend naar de probleemanalyse gaven leerlingen en docenten ook aan dat het juist op inzicht vast liep bij dit onderwerp. Het ‘trucje’ rondom het toepassen in de vorm van

(16)

reactievergelijkingen opstellen kregen de meeste leerlingen met alleen theorielessen wel onder de knie, maar met het inzicht hadden zij moeite.

Daarnaast geeft de lessenserie de leerling meer begrip van het sub-microschopische niveau binnen de scheikunde. Dit is niet alleen van belang voor redoxreacties, maar ook voor andere onderwerpen zoals zouten en zuren en basen. Deze toename is vooral te danken aan het vooraf en na afloop tekenen van de deeltjes in het werkboek, waarbij de leerlingen op dit niveau moesten denken. Hierdoor is aan te raden om deze manier van practica doen en uitwerken ook toe te passen bij andere scheikunde onderwerpen. De hoge correlatie tussen cijfers van de nameting en het practicumwerkboek ondersteunen de

ontwerphypothese, namelijk dat deze lessenserie ervoor zorgt dat het begrip hoger wordt. Leerlingen zelf zijn in hun leerrapporten neutraal over de bijdrage van de lessenserie. De vraag hierbij is hoe goed leerlingen zelf de effectiviteit van een les kunnen inschatten.

Bijkomend voordeel van de lessenserie is dat leerlingen deze als ‘prettig’ ervaren. Dit komt voornamelijk door het doen van practica, maar ook door de zelfstandigheid en samenwerking tijdens de les en de structuur/opbouw van het practicumwerkboek.

Doordat de nameting pas een maand later is afgenomen dan de voormeting, hebben leerlingen ook andere lessen gehad in het kader van redoxreacties. Hierdoor is niet uit te sluiten dat juist deze andere lessen hebben gezorgd voor de verhoging in het begrip. Om dit wel uit te kunnen sluiten zou het onderzoek volgend schooljaar opnieuw moeten worden gedaan, met de nameting direct na afloop van de lessenserie. Ook zou het interessant zijn om de manier van practica doen en uitwerken bij een onderwerp als zouten toe te passen, om te onderzoeken of het de beheersing van het sub-microscopische niveau daarbij ook vergroot.

VERBETERINGEN

Ik zou deze lessenserie in de toekomst weer willen geven, omdat de leerlingen de manier van werken als prettig ervaren en het begrip van redoxreacties door de lessenserie verhoogd lijkt te worden. Ook zou ik de opbouw van de vragen in het practicumwerkboek willen gebruiken bij het onderwerp zouten, om duidelijk te maken wat moleculen, atomen en ionen zijn. Daarnaast kunnen ze bij dat onderwerp al goed oefenen met het koppelen van waarnemingen aan hun reactievergelijkingen. Ik zou dan wel ruimer de tijd nemen voor de practica dan nu het geval was. Leerlingen gaven nu toch aan de tijdsnood lastig te vinden. Een andere optie kan zijn om het aantal proeven te verminderen, zodat er meer tijd is voor de uitwerking op de verschillende scheikunde niveaus van stoffen.

Bij het doen van een nieuw ontwerponderzoek zou ik de planning nog iets ruimer proberen te maken. De lessenserie zelf kan door onverwachts lesuitval ineens uitlopen en nu gebeurde het bijna dat er twee weken vakantie tussen de lessenserie in zat. Daarnaast vond ik het erg fijn om de lessenserie al eind april uit te voeren en niet pas in mei. Hierdoor was de tijd voor analyses ruim genoeg. Ook zou ik de nameting ook bij de controleklas willen uitvoeren, om beter te kunnen analyseren of het effect daadwerkelijk aan de lessenserie te wijten is.

(17)

9. LITERATUUR

Acampo, J. J. C. (1997). Teaching Electrochemical Cells: A Study on Teacher's Conceptions and Teaching Problems in Secondary Education. CD-SS Press Utrecht.

Coştu, B., Ayas, A., & Niaz, M. (2010). Promoting conceptual change in first year students’ understanding of evaporation. Chemistry Education Research and Practice, 11(1), 5-16.

Crouch, C. H., Fagen, A. P., Callan, J. P., & Mazur, E. (2004). Classroom demonstrations: Learning tools or entertainment?. American journal of physics, 72(6), 835.

De Jong, O., Acampo, J., & Verdonk, A. (1995). Problems in teaching the topic of redox reactions: actions and conceptions of chemistry teachers. Journal of Research in Science Teaching, 32(10), 1097-1110. De Jong, O., & Treagust, D. (2002). The teaching and learning of electrochemistry. In Chemical education: Towards research-based practice (pp. 317-337). Springer, Dordrecht.

Johnstone, A. H. (1993). The development of chemistry teaching: A changing response to changing demand. Journal of chemical education, 70(9), 701.

Johnstone, A. H. (2000). Teaching of chemistry-logical or psychological?. Chemistry Education Research and Practice, 1(1), 9-15.

SLO (nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling) (2013). Concept-Contextvenster. Enschede.

10. BIJLAGEN

1. Bijlage A1 Interviews tijdens de probleemanalyse 2. Bijlage B1, B2 en B3 Lesplannen

3. Bijlage C1 Leerlingenwerkboek

4. Bijlage D1, D2, D3, D4 en D5 Voortoets, natoets, antwoordmodellen en leerrapport

5. Bijlage E1, E2, E3, E4 en E5 Data voormeting, nameting, practicumwerkboek, gesloten vragen van leerrapport en open vragen van leerrapport

(18)

A1 – INTERVIEWS MET LEERLINGEN TIJDENS PROBLEEMANALYSE

Tijdens de fase van probleemanalyse heb ik een aantal leerlingen uit 6 vwo geïnterviewd over het onderwerp redoxreacties. Deze leerlingen hebben eind vorig schooljaar en begin dit schooljaar het onderwerp behandeld gekregen. Ik heb een mix van jongens/meisjes en goede/zwakke leerlingen genomen. Hieronder staat de uitwerking van deze interviews.

Leerling 1

- Ben je goed in scheikunde? Ja, ik sta er goed voor.

- Vind je het onderwerp redoxreacties moeilijk?

Ja, ik vind het nog moeilijker dan zuur-base reacties. Ik heb wel een voldoende voor het SE gehaald over dit onderwerp.

- Lukte het je om reactievergelijkingen op te stellen bij dit onderwerp?

Ja het lukte mij om de deeltjes te herkennen en de reactievergelijkingen op te stellen. - Kun je herinneren welke practica je hebt gedaan bij dit onderwerp?

Ik kan mij alleen een redoxtitratie herinneren, verder niks.

- Kun je mij vertellen voor welk onderdeel van de chemische industrie redoxreacties van belang zijn?

Misschien voor het creëeren van nieuwe grondstoffen?

- Kun je een voorbeeld noemen van een redoxreactie uit het dagelijks leven? Nee.

Leerling 2

- Ben je goed in scheikunde?

Scheikunde vindt ik sowieso moeilijk, ik had geen goed cijfer voor de toets. - Vind je het onderwerp redoxreacties moeilijk?

Ik vind de reacties zelf niet moeilijk, maar de info erachter waarom enzo wel. - Lukte het je om reactievergelijkingen op te stellen bij dit onderwerp?

Ja dat lukte mij.

- Kun je herinneren welke practica je hebt gedaan bij dit onderwerp? Ik weet niet meer wat voor practica we hebben gedaan.

Bij het scheiden of synthetiseren van stoffen.

- Kun je een voorbeeld noemen van een redoxreactie uit het dagelijks leven? Nee, hij wilt in Binas kijken.

(19)

Leerling 3

- Ben je goed in scheikunde? Scheikunde vind ik moeilijk.

Ja redox vind ik de lastigste vorm, ik had een 3 op het SE. Ik kon de theorie wel volgen, maar bij een opdracht weet ik niet waar te beginnen. Ik herken wel dat het redox is, maar hoe moet ik hem aanpakken.

- Lukte het je om reactievergelijkingen op te stellen bij dit onderwerp? Dit vond ik moeilijk, de deeltjes inventariseren is al moeilijk.

- Kun je herinneren welke practica je hebt gedaan bij dit onderwerp? We hebben een redoxtitratie gedaan, verder is het lastig te herinneren.

Om rendement te verhogen.

Leerling 4

- Ben je goed in scheikunde? Ja, ik sta voldoende.

- Vind je het onderwerp redoxreacties moeilijk? Nee, zodra je het trucje door hebt valt het mee.

- Lukte het je om reactievergelijkingen op te stellen bij dit onderwerp? Dit was eerst lastig, maar ging later goed.

- Kun je herinneren welke practica je hebt gedaan bij dit onderwerp? Ik heb alleen de redoxtitratie onthouden.

Zou ik niet weten.

(20)

Leerling 5

- Ben je goed in scheikunde? Ja scheikunde gaat goed.

In het begin vond ik het lastig, maar later ging het wel. Zuur-base vond ik moeilijker. - Lukte het je om reactievergelijkingen op te stellen bij dit onderwerp?

Ja dit ging goed. Het duurde even voordat ik de sterkte bij reductoren en oxidatoren door had, daarna was het voor mij logisch welk deeltje een reductor was en welke een oxidtor.

- Kun je herinneren welke practica je hebt gedaan bij dit onderwerp?

De redoxtitraties, iets met kaliumpermanganaat en een elektrolyse. Ook de chemische cel is voorgedaan.

De elektrochemische cel is van belang en om stoffen aan te tonen. Elektrolyse wordt gebruikt om bepaalde stoffen te maken.

- Kun je een voorbeeld noemen van een redoxreactie uit het dagelijks leven? Een batterij.

(21)

BIJLAGE B1 – LESPLAN LES 1

Docent: Julia Wever Datum: 10

april 2018 Tijd: 8.20 tot 10.00 uur Klas: 5V Aantal lln: 23 Lesonderwerp Redoxreacties Beginsituatie

Leerlingen hebben (theoretische) uitleg gehad over

eigenschappen van metalen en redoxreacties. Zij hebben nog geen practica over dit onderwerp gedaan.

Leskern (lesdoelen) Practica over redoxreacties uitvoeren en verwerken

Docentdoelen Leerlingen koppeling laten leggen tussen macroniveau, sub-microniveau en symbolisch niveau.

Media, spullen, hulp

Practicumwerkboek waar de leerlingen uit gaan werken Voortoetsen voor de leerlingen

Kleurpotloden om de tekenopdrachten uit het werkboek te doen. TOA zet chemicaliën van tevoren klaar

Tijd Lesdoel Wat ik doe en (letterlijk) zeg Wat zij doen (werkvorm) 8.20 –

8.30

Uitleg onderzoek

Waarom zij voortoets moeten maken en

wat het nut voor de leerlingen zelf is Luisteren en vragen stellen.

8.30 – 8.50

Voortoets maken

Toets in stilte maken. Wanneer je klaar bent leg je de toets op de hoek van je tafel. Rondlopen als surveillance.

Maken van de toets in stilte.

8.50 – 9.05

Instructie methode en opdrachten

We zijn nu klaar met H4, volgende les gaan we verder met de indexcijfers hoe die kan toepassen en aflezen bij een stijging of daling!

Luisteren en vragen stellen.

9.05 – 9.45

Practica Rondlopen door lokalen. Vragen

beantwoorden van leerlingen. Leerlingen vragen stellen over hun antwoorden. Leerlingen wijzen op veiligheidsregels.

In tweetallen proeven doen en bijbehorende opdrachten maken. Vragen stellen en overleggen.

9.45 – 10.00

Bespreking en afsluiting

Na bespreken van gemaakte opdrachten en proeven die gedaan zijn. Vragen stellen aan leerlingen. Reactievergelijkingen opschrijven op het bord.

Antwoorden geven en met elkaar discussiëren.

(22)

Leerlingen hebben (theoretische) uitleg gehad over

eigenschappen van metalen en redoxreacties. Zij zijn vorige les begonnen met de practica bij dit onderwerp en toen is de manier van werken geïntroduceerd.

Practicumwerkboek waar de leerlingen uit gaan werken Kleurpotloden om de tekenopdrachten uit het werkboek te doen. TOA zet chemicaliën van tevoren klaar

Tijd Lesdoel Wat ik doe en (letterlijk) zeg Wat zij doen (werkvorm)

11.10 - 11.20

Terugblik vorige les uit lessenserie

Herhalen wat wij vorige keer hebben gedaan en aangeven hoe de leerlingen de tekening van de deeltjes moeten maken.

11.20 – 11.25

Voorbereidin g demo

Rondlopen in lokaal en vragen

beantwoorden. Zorgen dat spullen klaar staan.

Maken van voorbereidende vragen over demo proef. Vragen stellen en overleggen.

11.25 –

11.30 Demo proef

Uitvoering van demo proef. Leerlingen vragen naar hun waarnemingen en verklaringen.

Kijken, luisteren, antwoorden geven, vragen stellen.

11.30 – 11.55

Practica Rondlopen door lokalen. Vragen

beantwoorden van leerlingen. Leerlingen vragen stellen over hun antwoorden. Leerlingen wijzen op veiligheidsregels.

In tweetallen proeven doen en bijbehorende opdrachten maken. Vragen stellen en overleggen.

11.55 – 12.00

Afsluiting Kort les nabespreken en vooruitblikken op volgende les.

(23)

Leerlingen hebben (theoretische) uitleg gehad over eigenschappen van metalen en redoxreacties. Zij hebben afgelopen lessen de practica uitgevoerd.

Practicumwerkboek waar de leerlingen uit gaan werken Kleurpotloden om de tekenopdrachten uit het werkboek te doen

Leerrapporten

Tijd Lesdoel Wat ik doe en (letterlijk) zeg Wat zij doen (werkvorm)

8.20 –

8.25 Instructie

Terugblik vorige lessen met practica en bedoeling van deze les uitleggen. Instructie dat leerlingen opdrachten uit werkboek moeten afronden

8.25 – 8.35

Opdrachten maken

Rondlopen in lokaal en vragen

beantwoorden. Leerlingen aan het werk zetten.

Maken van vragen uit practicumwerkboek. Vragen stellen en overleggen.

8.35 –

8.50 Bespreking

Na bespreken van gemaakte opdrachten en proeven die gedaan zijn. Vragen stellen aan leerlingen. Reactievergelijkingen

opschrijven op het bord.

Antwoorden geven en met elkaar discussiëren.

8.50 – 8.55

Instructie leerrapport

Aangeven waarom leerlingen dit invullen. Zeggen dat het anoniem is en voorbeelden geven van antwoorden op de open vragen. Als ze klaar zijn dan inleveren vooraan.

8.55 – 9.10

Invullen leerrapport.

Vooraan in lokaal zitten. Beantwoorden van vragen op leerrapport in stilte.

(24)

BIJLAGE C1 – LEERLINGMATERIAAL

Practica redoxreacties

Werkboek van:

Je gebruikt dit werkboek tijdens het maken van de practica die horen bij redoxreacties. Na afloop lever je dit werkboek in bij de docent.

Lees steeds eerst goed de opdracht. Vraag a t/m d moet elke keer worden beantwoord voordat het proefje wordt uitgevoerd. Bij vraag c moet je de deeltjes in de oplossing of stof tekenen. Doe dat op dezelfde manier als in volgend voorbeeld:

Een oplossing van natriumchloride

= watermoleculen = natriumionen = chloride-ionen

De stoffen en oplossingen die jullie nodig hebben staan vooraan in het lokaal.

(25)

Proef 1: In deze proef ga je natriumthiosulfaatoplossing toevoegen aan een joodoplossing.

a. Voorspel wat er gaat gebeuren bij deze proef en leg uit waarom.

b. Beschrijf hoe beide oplossingen eruit zien.

Natriumthiosulfaatoplossing:

Joodoplossing:

c. Uit welke deeltjes bestaan beide oplossingen? Teken het in onderstaande afbeeldingen. Doe dit op dezelfde manier als in het voorbeeld op de voorkant van het werkboek.

Natriumthiosulfaatoplossing Joodoplossing

d. Geef de juiste symbolen voor deze deeltjes.

(26)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met de natriumthiosulfaatoplossing tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Voeg daarna de joodoplossing toe. Schud goed en ga door tot er niets meer gebeurt.

e. Schrijf je waarnemingen op.

f. Geef de reactievergelijking die hoort bij dit proefje. Maak gebruik van BINAS tabel 48. RED:

OX:

g. Verklaar je waarnemingen aan de hand van de reactievergelijking.

(27)

Proef 2: In deze proef ga je kopersulfaatoplossing toevoegen aan staalwol.

b. Beschrijf hoe de oplossing en het staalwol eruit zien.

Kopersulfaatoplossing:

Staalwol:

Kopersulfaatoplossing Staalwol

(28)

Voer het proefje uit. Vul een bekerglas met de kopersulfaatoplossing tot een hoogte van

ongeveer 1 cm. Voeg daarna het staalwol toe. Schud goed en ga door tot er niets meer gebeurt. ! Zorg dat je het afval van dit proefje in de afvalpot voor zware metalen doet !

OX:

(29)

Proef 3: In deze proef ga je natriumsulfietoplossing toevoegen aan een aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing.

Natriumsulfietoplossing:

Aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing:

Natriumsulfietoplossing Aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing

(30)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met de natriumsulfietoplossing tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Meng vervolgens met zwavelzuur. Voeg daarna de kaliumpermanganaatoplossing toe. Schud goed en ga door tot er niets meer gebeurt.

OX:

(31)

Proef 4: In deze proef ga je een brokje calcium toevoegen aan water.

Water:

Calcium:

Water Calcium

(32)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met water tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Voeg daarna het brokje calcium toe. Schud goed en ga door tot er niets meer gebeurt.

OX:

(33)

Proef 5: In deze proef ga je oxaalzuuroplossing toevoegen aan een aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing.

Oxaalzuuroplossing:

Aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing:

Oxaalzuuroplossing Aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing

(34)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met de oxaalzuuroplossing tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Meng vervolgens met zwavelzuur. Voeg daarna de kaliumpermanganaatoplossing toe. Verwarm hierbij de reageerbuis in een bekerglas met water tot ongeveer 70 °C.

OX:

(35)

Proef 6: In deze proef ga je oxaalzuuroplossing toevoegen aan kaliumpermanganaatoplossing.

Oxaalzuuroplossing:

Kaliumpermanganaatoplossing:

Oxaalzuuroplossing Kaliumpermanganaatoplossing

(36)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met de oxaalzuuroplossing tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Voeg daarna de kaliumpermanganaatoplossing toe. Verwarm hierbij de reageerbuis in een bekerglas met water tot ongeveer 70 °C.

OX:

(37)

Proef 7: In deze proef ga je natriumthiosulfaatoplossing toevoegen aan een aangezuurde waterstofperoxideoplossing.

Natriumthiosulfaatoplossing:

Aangezuurde waterstofperoxideoplossing:

Natriumthiosulfaatoplossing Aangezuurde waterstofperoxideoplossing

(38)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met de natriumthiosulfaatoplossing tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Meng vervolgens met zwavelzuur. Voeg daarna de waterstofperoxide-oplossing toe. Schud goed en ga door tot er niets meer gebeurt.

OX:

(39)

Proef 8: In deze proef ga je chloorwater toevoegen aan een kaliumjodide-oplossing.

Chloorwater:

Kaliumjodide-oplossing:

Chloorwater Kaliumjodide-oplossing

(40)

Voer het proefje uit. Vul een reageerbuis met het chloorwater tot een hoogte van ongeveer 2 cm. Voeg daarna de kaliumjodide-oplossing toe. Schud goed en ga door tot er niets meer gebeurt. e. Schrijf je waarnemingen op.

OX:

(41)

Proef 9 & 10: In deze proeven gaan stukjes koper reageren met salpeterzuur. In proef 9 is het salpeterzuur geconcentreerd en in proef 10 is het salpeterzuur verdund. De proeven zullen gedemonstreerd worden in de zuurkast.

b. Uit welke deeltjes bestaan beide oplossingen? Teken het in onderstaande afbeeldingen. Doe dit op dezelfde manier als in het voorbeeld op de voorkant van het werkboek.

Salpeterzuuroplossing Koper

d. Beschrijf de waarnemingen die je deed tijdens de demonstratie. Proef 9:

(42)

Proef 10:

e. Geef de reactievergelijking die hoort bij deze proefjes. Maak gebruik van BINAS tabel 48. Proef 9 RED: OX: Proef 10 RED: OX:

f. Verklaar je waarnemingen aan de hand van de reactievergelijking.

h. Maak een tekening van alle deeltjes die nu aanwezig zijn in de reageerbuis.

(43)

BIJLAGE D1 – VOORTOETS

Formatieve toets over redoxreacties paragraaf 11.1 t/m 11.3

5VWO

Naam:

De antwoorden op de vragen schrijf je op dit blaadje. 1. Wat is het kenmerk van een redoxreactie?

2. Wat is een reductor?

3. Leg uit waarom de volgende reacties wel of geen redoxreacties zijn. a) Pb2+_(aq) ₊ _S2-_(aq) _--> _{PbS (s)}

wel / geen redoxreactie, want….

b) 2 Mg (s) + O2 (g) --> 2 MgO (s)

c) SO32- (aq) + 2 H+ (aq) --> H2O (l) + SO2 (g)

4. De volgende reactie is een redoxreactie: 2 NaN3 --> 2 Na + 3 N2

Welk deeltje treedt op als oxidator en welk als reductor? Reductor =

(44)

5.Uit welke deeltjes bestaan de volgende twee oplossing? Teken deze deeltjes in de afbeeldingen hieronder en geef aan om welke deeltjes het gaat.

natriumnitrietoplossing chloorwater

6. Geef van de volgende stoffen en oplossingen aan uit welke deeltjes ze bestaan. Gebruik de juiste symbolen.

a) waterstofperoxide-oplossing b) natriumthiosulfaatoplossing c) magnesium

d) aangezuurde kaliumnitraatoplossing

7. Leg uit wat er gaat gebeuren als…

a) … je een ijzeren spijker in een koperchloride-oplossing doet?

(45)

8. Stel de reactievergelijking op van de volgende reacties:

a) een oplossing van natriumjodide wordt in chloorgas geleid

b) het metaal aluminium gaat reageren met een ijzer(III)fluoride-oplossing

c) een aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing gaat reageren met een oplossing van natriumsulfiet in water.

9. Vergelijk redoxreacties met zuur-base reacties. Noem een verschil en een overeenkomst.

Verschil:

(46)

BIJLAGE D2 – ANTWOORDMODEL VOORTOETS

1. Een reactie waarin elektronenoverdracht plaats vindt. (1p)

2. Een reductor is het deeltje dat elektronen afstaat (1p)

3. a) geen redoxreactie, want er vindt geen elektronenoverdracht plaats (1p) b) wel redoxreactie, want er vindt wel elektronenoverdracht plaats. (1p) c) geen redoxreactie, want er vindt geen elektronenoverdracht plaats (1p)

4. Reductor = N3- (1p)

Oxidator = Na+ _(1p)

5. natriumnitriet

tekening van drie verschillende bolletjes (1p)

aanduiding natriumionen, nitrietionen en watermoleculen (1p) chloorwater

tekening van twee verschillende bolletjes (1p)

aanduiding chloormoleculen en watermoleculen (1p)

6. a) H2O2 (aq) (1p) b) Na+_{(aq) + S} 2O32- (aq) (1p) c) Mg (s) (1p) d) H+_{(aq) + K}+_{(aq) + NO} 3- (aq) (1p)

7. a) Er vindt een reactie plaats tussen ijzer en koperionen (1p)

b) er vindt geen reactie plaats, omdat de RED en OX te zwak zijn (1p) 8. a) RED 2I- I2 + 2e OX Cl2 (g) + 2e 2Cl- (1p) 2I-_{+ Cl} 2 (g) I2 + 2Cl- (1p) b) RED Al (s) _Al3+_{+ 3e} _|1x OX Fe3+ _{+ e} _Fe2+ _|3x _(1p) Al + 3 Fe3+ Al3+_{+ 3 Fe}2+ _(1p) c) RED SO32- + H2O SO42- + 2H+ + 2e |5x OX MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O (l) |2x (1p) 5 SO32- + 2 MnO4- + 6H+ 5 SO42- + 2Mn2+ + 3H2O(l) (1p) 9. verschil elektronenoverdracht vs protonoverdracht

of halfreacties vs niet (1p)

overeenkomst sterkteverschil tussen Z en B vs RED en OX

of er ontstaan nieuwe stoffen bij beide (1p)

Totaal 25 punten

(47)

BIJLAGE D3 – NATOETS

Formatieve toets over redoxreacties paragraaf 11.1 t/m 11.3

5VWO

Naam:

De antwoorden op de vragen schrijf je op dit blaadje. 1. Wat is het kenmerk van een redoxreactie?

2. Wat is een oxidator?

3. Leg uit waarom de volgende reacties wel of geen redoxreacties zijn. a) Cu2+_(aq) ₊ _O2-_(aq) _--> _{CuO (s)}

b) 2 Fe (s) + O2 (g) --> 2 FeO (s)

c) CO32- (aq) + 2 H+ (aq) --> H2O (l) + CO2 (g)

4. De volgende reactie is een redoxreactie: 2 NaN3 --> 2 Na + 3 N2

Welk deeltje treedt op als oxidator en welk als reductor? Reductor =

(48)

5.Uit welke deeltjes bestaan de volgende twee oplossing? Teken deze deeltjes in de afbeeldingen hieronder en geef aan om welke deeltjes het gaat.

natriumthiosulfaatoplossing waterstofperoxide-oplossing

6. Geef van de volgende stoffen en oplossingen aan uit welke deeltjes ze bestaan. Gebruik de juiste symbolen.

a) chloorwater

b) natriumjodide-oplossing c) calcium

d) aangezuurde oxaalzuuroplossing

7. Leg uit wat er gaat gebeuren als…

a) … je een ijzeren spijker in een koperchloride-oplossing doet?

(49)

8. Stel de reactievergelijking op van de volgende reacties:

a) een oplossing van kaliumjodide gaat reageren met een aangezuurde natriumchromaatoplossing.

b) het metaal nikkel gaat reageren met een koper(II)chloride-oplossing

c) een natriumsulfietoplossing gaat reageren met een oplossing van waterstofperoxide

9. Vergelijk redoxreacties met zuur-base reacties. Noem een verschil en een overeenkomst.

Verschil: