T i j d s c h r i f t D i d a c t i e k B-wetenschappen 3 (1985) nr.3 195
Moleculen tussen leefwereld en wetenschap
W. de Vos
Vakgroep C h e m i e d i d a c t i e k R i j k s u n i v e r s i t e i t U t r e c h t
( D i t i s de s c h r i f t e l i j k e v e r s i e van een l e z i n g gehouden op 20 mei 1985 aan de T.H.Twente voor de V e r e n i g i n g voor O n d e r w i j s r e s e a r c h . )
Summary
S u b s t a n c e , c h e m i c a l r e a c t i o n and c h e m i c a l element a r e c r u c i a l l y i m p o r t a n t c o n c e p t s i n e l e m e n t a r y c h e m i c a l e d u c a t i o n . A t t h e same time they a r e w i d e l y c o n s i d e r e d t o be n o t o r i o u s l y d i f f i c u l t t o t e a c h as w e l l a s t o l e a r n .
In t h e c h e m i s t ' s mind, t h e s e t h r e e c o n c e p t s a r e s t r o n g l y a s s o c i a t e d w i t h c o r p u s c u l a r models, e.g. element t o atom. S t u d e n t s i n e l e m e n t a r y c h e m i c a l e d u c a t i o n appear t o have t h e i r own c o r p u s c u l a r i n t e r p r e t a t i o n s o f p h y s i c a l and c h e m i c a l phenomena. I t was f e i t t h a t t h e s e ' p r i m i t i v e ' , p r e - s c i e n t i f i c c o r p u s c u l a r n o t i o n s might be h e l p f u l i n l e a r n i n g t h e c o n c e p t s mentioned above. E x p l o r i n g t h e t e a c h i n g possibilitiés i n t h i s d i r e c t i o n r e q u i r e d an i n v e s t i g a t i o n i n t o t h e n a t u r e and c o n t e n t o f s t u d e n t s ' c o r p u s c u l a r n o t i o n s . M o t i v e s , method and some r e s u l t s o f t h i s i n v e s t i g a t i o n a r e b r i e f l y r e p o r t e d i n t h i s a r t i c l e .
1. O n d e r w i j s p r o b l e e m
Wie l e e r p l a n n e n en s c h o o l b o e k e n voor s c h e i k u n d e - o n d e r w i j s i n derde k l a s s e n v a n MAVO, HAVO en VWO b e s t u d e e r t , v i n d t d a a r , n a a s t een a a n t a l v o o r b e e l d e n en t o e p a s s i n g e n , d r i e b e g r i p p e n d i e b l i j k b a a r een c e n t r a l e p l a a t s innemen i n beginnend s c h e i k u n d e - o n d e r w i j s . Dat z i j n de b e g r i p - pen s t o f , chemische r e a c t i e en element.
Het b e g r i p s t o f i s minder e e n v o u d i g dan h e t l i j k t . De l e e r l i n g moet
196 M o l e c u l e n s t o f n i e t a l l e e n o n d e r s c h e i d e n van voorwerp maar ook van mengsel. Het
e e r s t e o n d e r s c h e i d v e r e i s t h e t a b s t r a h e r e n van o.a. vorm en h o e v e e l - h e i d : i j z e r i s i j z e r , ongeacht o f h e t een poeder i n een f l e s j e , s p i j - k e r t j e s o f de E i f e l t o r e n b e t r e f t . Het tweede o n d e r s c h e i d houdt i n d a t l u c h t n i e t a l s een s t o f maar a l s een (homogeen) mengsel van s t o f f e n moet worden g e z i e n . Voor de chemie i s t e n s l o t t e van b e l a n g d a t een s t o f i n v e r s c h i l l e n d e t o e s t a n d e n kan voorkomen: i j s , w a t e r en w a t e r - damp vormen, ondanks u i t e r l i j k e v e r s c h i l l e n , d e z e l f d e s t o f . Rondom d i t s t o f b e g r i p worden termen a l s z u i v e r h e i d , mengen en ontmengen ( s c h e i - den) g e b r u i k t .
Het s t o f b e g r i p f u n c t i o n e e r t i n h e t b e g r i p chemische r e a c t i e ( d a t t e g e l i j k e r t i j d ook h e t omgekeerde h e t g e v a l i s wordt u i t e e n g e z e t door De Jong ( 1 9 8 4 ) ) . B i j een chemische r e a c t i e i s s p r a k e van h e t o v e r g a a n van s t o f f e n i n andere s t o f f e n , o f b e t e r : van h o e v e e l h e d e n van s t o f f e n i n h o e v e e l h e d e n van andere s t o f f e n . E s s e n t i e e l i s d a a r b i j d a t de gevormde s t o f f e n , de zogenoemde r e a c t i e p r o d u c t e n , t o t a a l a n d e r s kunnen z i j n dan de u i t g a n g s s t o f f e n . Ondanks e r v a r i n g hiermee i n h e t d a g e l i j k s l e v e n ( h e t o n t s t a a n van een o n s m a k e l i j k e z w a r t e s t o f b i j het a a n b r a n - den van a a r d a p p e l e n e t c . ) hebben l e e r l i n g e n vaak g r o t e m o e i t e met h e t aanvaarden van de c h e m i s c h e r e a c t i e i n a l z i j n c o n s e q u e n t i e s . In hun b e s c h r i j v i n g e n k l i n k t vaak een intuïtieve o v e r t u i g i n g door d a t de s t o f f e n behouden b l i j v e n en s l e c h t s hun e i g e n s c h a p p e n v e r a n d e r i n g e n ondergaan.
Wanneer de l e e r l i n g e n g e l e i d e l i j k s t e e d s meer v o o r b e e l d e n van che- mische r e a c t i e s l e r e n kennen, kan e r een b e h o e f t e o n t s t a a n aan een z e k e r e o r d e n i n g . Zo'n o r d e r i n g d i e n i e t a l l e e n de o v e r z i c h t e l i j k h e i d d i e n t maar ook t o t een b e p a a l d e mate van v o o r s p e l b a a r h e i d l e i d t , wordt geboden door h e t e l e m e n t b e g r i p . Het behouden b l i j v e n van de elementen w a a r u i t een s t o f g e a c h t wordt t e z i j n opgebouwd, s l u i t v e r r e w e g de meeste r e a c t i e m o g e l i j k h e d e n d i e een c r e a t i e v e g e e s t zou kunnen beden- ken, u i t . 5 u i k e r kan n i e t i n kwik worden omgezet, maar w e l i n a l c o h o l omdat d a a r i n d e z e l f d e e l e m e n t e n a l s i n s u i k e r voorkomen.
Hoewel h e t e l e m e n t b e g r i p een e e r s t e en vergaande o r d e n i n g van chemische v e r s c h i j n s e l e n m o g e l i j k maakt, b l i j v e n e r voor l e e r l i n g e n nog v e e l m o e i l i j k h e d e n o v e r . Lang n i e t a l l e c h e m i s c h e r e a c t i e s d i e v o l d o e n aan de e i s van elementbehoud, b l i j k e n r e a l i s e e r b a a r t e z i j n en een c r i t e r i u m h i e r v o o r wordt n i e t aangeboden. Een ander l e e r p r o b l e e m vormt h e t o n d e r s c h e i d t u s s e n s t o f ' e n e l e m e n t : s u i k e r b e s t a a t u i t de e l e m e n t e n k o o l s t o f , w a t e r s t o f en z u u r s t o f maar i s t o c h z e l f een s t o f en n i e t een mengsel van de s t o f f e n k o o l s t o f , w a t e r s t o f en z u u r s t o f . Een derde p r o b l e e m b e s t a a t h i e r i n d a t h e t u i t e r l i j k van een s t o f n i e t s c h i j n t samen t e hangen met de elementen w a a r u i t d i e s t o f b e s t a a t : z w a v e l z u u r b e v a t w e l h e t element z w a v e l maar i s t o c h n i e t g e e l ; k e u - k e n z o u t b e v a t h e t element c h l o o r maar s t i n k t n i e t .
De Vos 197 In h e t bovenstaande i s een o n d e r w i j s - en een l e e r p r o b l e e m b e s c h r e -
ven: e n e r z i j d s z i j n de b e g r i p p e n s t o f , chemische r e a c t i e en element onmisbaar voor i n z i c h t i n chemische v e r s c h i j n s e l e n , a n d e r z i j d s b l i j k t i n de o n d e r w i j s p r a k t i j k d a t ze t a l r i j k e l e e r l i n g e n g r o t e m o e i l i j k h e d e n o p l e v e r e n . Het i s een t o e g a n g s p o o r t met een hoge drempel.
2. Van o n d e r w i j s p r o b l e e m naar o n d e r z o e k s v r a a g
V a n u i t h e t o n d e r w i j s g e z i e n l i g t h e t voor de hand om na t e gaan welke l e e f w e r e l d e r v a r i n g e n van de l e e r l i n g e n een r o l kunnen s p e l e n b i j de o n t w i k k e l i n g van de b e g r i p p e n s t o f , chemische r e a c t i e en element. De e e r s t e i n d r u k i s n i e t e r g bemoedigend. Het s t o f b e g r i p d a t l e e r l i n g e n i n hun l e e f w e r e l d t a a i h a n t e r e n w i j k t op b e l a n g r i j k e punten a f van het s t o f b e g r i p van de chemicus. L e e r l i n g e n s p r e k e n van s t o f f e n ook a l s z i j homogene o f z e l f s h e t e r o g e n e mengsels b e d o e l e n ( l u c h t , z e e w a t e r , zaag- s e l ) en a b s t r a h e r e n b o v e n d i e n n i e t v o l d o e n d e van t o e s t a n d , vorm en g r o o t t e ( p o e d e r s u i k e r en k r i s t a l s u i k e r ) , en herkomst ( r i e t - en b i e t - s u i k e r ) .
Wat h e t b e g r i p chemische r e a c t i e b e t r e f t , v a l t op d a t l e e r l i n g e n d a a r v a n t a l r i j k e v o o r b e e l d e n u i t h e t d a g e l i j k s l e v e n kennen, v o o r a l op het g e b i e d van v e r b r a n d i n g e n , maar n i e t de b e h o e f t e v o e l e n deze p r o - c e s s e n t e beschouwen v a n u i t h e t chemische g e z i c h t s p u n t 'overgang van s t o f f e n i n andere s t o f f e n " . Het g e b r u i k van h e t woord element i n de l e e f w e r e l d t a a i b i e d t n a u w e l i j k s a a n k n o p i n g s p u n t e n voor chemie-onder- w i j s om een chemisch e l e m e n t b e g r i p t e o n t w i k k e l e n . Intuïtief komen l e e r l i n g e n w e l t o t s t o f b e h o u d ( d a t i n de chemie n i e t f u n c t i o n e e r t ) maar n i e t t o t een o f andere vorm van elementbehoud. De kansen voor o n d e r w i j s v a n u i t de l e e f w e r e l d l i j k e n g e r i n g . I s e r een andere r o u t e denkbaar w a a r i n t o c h l e e f w e r e l d e r v a r i n g e n a l s u i t g a n g s p u n t kunnen d i e n e n ?
H i s t o r i s c h g e z i e n v a l t de s n e l l e g r o e i van de chemie s i n d s het b e g i n van de v o r i g e eeuw samen met de b e s c h i k b a a r h e i d «an b r u i k b a r e c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n . Een hedendaags chemicus kan z i j n vak v r i j w e l o n m o g e l i j k beoefenen zonder z i c h s t e e d s weer m o l e c u l e n en atomen voor t e s t e l l e n . Het e l e m e n t b e g r i p wordt d a a r b i j g e k o p p e l d aan het b e g r i p a t o o m s o o r t , t e r w i j l h e t s t o f b e g r i p i n z e e r v e e l g e v a l l e n goed overeenkomt met h e t b e g r i p m o l e c u u l s o o r t . V a n u i t de chemie d r i n g t z i c h dus de g e d a c h t e op om i n h e t o n d e r w i j s de b e g r i p p e n s t o f , r e a c t i e en element i n samenhang met a t o o m ( s o o r t ) en m o l e c u u l ( s o o r t ) t e o n t w i k k e l e n .
B i j de u i t w e r k i n g van deze gedachte i n s c h o o l b o e k e n ( b . v . F e i s &
J a n s e n , 19.80) wordt m e e s t a l g e b r u i k gemaakt van eenvoudige atoommodel- l e n z o a l s d a t van D a l t o n , R u t h e r f o r d o f Bohr. Deze m o d e l l e n worden dan a l s l e e r s t o f g e p r e s e n t e e r d , met meer o f minder aandacht voor het m o d e l k a r a k t e r , waarna chemische v e r s c h i j n s e l e n i n termen van atomen en m o l e c u l e n worden b e s c h r e v e n .
198 M o l e c u l e n De atoommodellen van D a l t o n , R u t h e r f o r d en Bohr v o l g e n n i e t u i t
l e e f w e r e l d e r v a r i n g e n waarover de l e e r l i n g e n b e s c h i k k e n . Ze worden dan ook g e w o o n l i j k door l e e r l i n g e n a a n v a a r d en g e l e e r d a l s "door g e l e e r d e n o n t d e k t e f e i t e n ' , zonder d e e l t e gaan u i t m a k e n van hun e i g e n w e r e l d - b e e l d . O p v a l l e n d i s d a t v e e l v o l w a s s e n e n , d i e n i e t b e r o e p s h a l v e met chemie t e maken hebben, n a u w e l i j k s nog i e t s i n h o u d e l i j k s van hun s c h e i k u n d e - o n d e r w i j s l i j k e n t e weten en n i e t i n s t a a t z i j n chemische v e r s c h i j n s e l e n a l s z o d a n i g t e herkennen en t e b e s c h r i j v e n . De v r o e g e r g e l e e r d e b i j z o n d e r h e d e n o v e r atomen en m o l e c u l e n f u n c t i o n e r e n n i e t i n waarneming, i n t e r p r e t a t i e o f t a a l g e b r u i k . H e t z e l f d e g e l d t a l voor oudere l e e r l i n g e n d i e s c h e i k u n d e a l s keuzevak hebben l a t e n v a l l e n . Hun e r v a r i n g van de l e e f w e r e l d i s n i e t o f n a u w e l i j k s door d i t s c h e i k u n d e - o n d e r w i j s beïnvloed.
Samenvattend kunnen we s t e l l e n d a t de b e g r i p p e n atoom eh m o l e c u u l voor de c h e m i c u s w e l i s w a a r onmisbaar z i j n b i j de i n v u l l i n g van de b e g r i p p e n s t o f , chemische r e a c t i e en e l e m e n t , maar d a t deze c o m b i n a t i e van b e g r i p p e n i n het o n d e r w i j s nog n i e t h e e f t g e l e i d t o t de o n t w i k k e - l i n g van een chemische component i n h e t e i g e n w e r e l d b e e l d van een g r o t e groep l e e r l i n g e n .
Een m o g e l i j k e o p l o s s i n g voor d i t probleem kan worden g e z o c h t i n een andere i n t r o d u c t i e van de b e g r i p p e n m o l e c u u l en atoom. De gangbare m o d e l l e n b e z i t t e n v r i j w e l geen r e l a t i e met de l e e f w e r e l d van de l e e r - l i n g e n . Zou e r , - u i t g a a n f d e van deze l e e f w e r e l d , een o n t w i k k e l i n g van c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n van de m a t e r i e m o g e l i j k z i j n , d i e e n e r - z i j d s d e e l b l i j f t vormen van h e t e i g e n w e r e l d b e e l d van de l e e r l i n g e n maar a n d e r z i j d s t o c h b i j d r a a g t aan een i n z i c h t i n s t o f , r e a c t i e en e l e m e n t ? Deze v r a a g , d i e op h e t t e r r e i n van de o n d e r w i j s o n t w i k k e l i n g l i g t , r o e p t o n m i d d e l l i j k een v a k d i d a c t i s c h e o n d e r z o e k s v r a a g op: welke c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n h a n t e r e n l e e r l i n g e n a l s d e e l van hun e i g e n w e r e l d b e e l d en hoe kunnen deze v o o r s t e l l i n g e n z i c h i n het onder- w i j s o n t w i k k e l e n ?
H i e r o n d e r z a l s l e c h t s aan het e e r s t e d e e l van deze v r a a g aandacht worden b e s t e e d . Z i e v e r d e r De Vos ( 1 9 8 5 ) .
3. Methode
Aan de b e a n t w o o r d i n g van b o v e n g e s t e l d e o n d e r z o e k s v r a a g i s gewerkt i n het kader van het p r o j e c t 'Chemie i n D u i z e n d v r a g e n ' (De Vos, 1984), waaraan een t w i n t i g t a l s c h o l e n voor HAVO en VWO h e e f t deelgenomen. Het onderzoek i s k w a l i t a t i e f en b e s c h r i j v e n d geweest en h e e f t i n de pe- r i o d e 1977-1984 g e l e i d t o t j a a r l i j k s e h e r z i e n i n g e n van de b i j b e h o r e n d e l e e r l i n g e n t e k s t .
De o n d e r w i j s s i t u a t i e werd gekenmerkt door groepswerk. Aan g r o e p j e s l e e r l i n g e n werden p r a c t i c u m o p d r a c h t e n en ( v e e l a l open) v r a g e n v o o r g e - l e g d . De s c h r i f t e l i j k e antwoorden d i e door de g r o e p j e s op déze v r a g e n werden gegeven, z i j n v e r z a m e l d . B o v e n d i e n z i j n van v e r s c h e i d e n e
De Vos 199 g r o e p s g e s p r e k k e n geluidsbandopnamen gemaakt en werden a l l e r l e i u i t -
s p r a k e n van l e e r l i n g e n i n de vorm van v r a g e n , opmerkingen e.d. t e r p l a a t s t e g e n o t e e r d . Het o n d e r z o e k s m a t e r i a a l kan dus worden b e s c h r e v e n a l s een v e r z a m e l i n g r e g i s t r a t i e s van u i t i n g e n van l e e r l i n g e n i n onder- w i j s s i t u a t i e s .
In het o n d e r w i j s p r o c e s werd een minimum aan i n f o r m a t i e o v e r atomen en m o l e c u l e n v e r s t r e k t . • Wel werd r e g e l m a t i g aan de l e e r l i n g e n gevraagd hun e i g e n v o o r s t e l l i n g e n van deze c o r p u s c u l a onder woorden t e brengen en de r e s u l t a t e n van u i t g e v o e r d e p r a c t i c u m p r o e f j e s i n c o r p u s c u l a i r e termen t e i n t e r p r e t e r e n .
B i j de b e s t u d e r i n g van l e e r l i n g e n werd v e r o n d e r s t e l d dat de c o r p u s - c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n van l e e r l i n g e n een z e k e r e (maar n i e t noodzake- l i j k e r w i j s v o l l e d i g e ) c o n s i s t e n t i e en s t a b i l i t e i t b e z i t t e n en ook dat deze v o o r s t e l l i n g e n b i j v e r s c h i l l e n d e l e e r l i n g e n n a a s t v e r s c h i l l e n ook overeenkomsten v e r t o n e n . Deze v e r o n d e r s t e l l i n g e n waren n o d i g om een samenhangende en e n i g s z i n s algemene b e s c h r i j v i n g van c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n van l e e r l i n g e n m o g e l i j k t e maken.
B i j de i n t e r p r e t a t i e van het o n d e r z o e k s m a t e r i a a l werd gepoogd de e i g e n , door chemische k e n n i s b e p a a l d e c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n van de o n d e r z o e k e r , z o v e e l m o g e l i j k t e r z i j d e t e s c h u i v e n en zo onbevangen m o g e l i j k mee t e denken met de v e r s c h i l l e n d e u i t i n g e n van l e e r l i n g e n o v e r een b e p a a l d a s p e c t van hun c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n . V e r v o l - gens werd g e t r a c h t de b e r e i k t e i n t e r p r e t a t i e s ook wanneer deze een g r o t e a f w i j k i n g van de bekende 'chemische' o p v a t t i n g e n v e r t o o n d e n , zo d u i d e l i j k m o g e l i j k t e b e s c h r i j v e n . Een d e r g e l i j k e b e s c h r i j v i n g , d i e u i t e r a a r d een z e k e r s p e c u l a t i e f k a r a k t e r b e z i t , kon v e r v o l g e n s aan andere u i t i n g e n van ( g r o e p j e s ) l e e r l i n g e n worden g e t o e t s t .
Nadat deze p r o c e d u r e voor een a a n t a l a s p e c t e n van de c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n , b i j v o o r b e e l d voor het gedrag van m o l e c u l e n b i j verwar- ming van de s t o f o f voor de c o r p u s c u l a i r e i n t e r p r e t a t i e van o p l o s s e n was u i t g e v o e r d , werd gepoogd om, u i t g a a n d e van de v e r s c h i l l e n d e be- s c h r i j v i n g e n v o o r z o v e r d i e e n i g e t o e t s i n g hadden d o o r s t a a n , een meer algemene b e s c h r i j v i n g van de c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n van l e e r l i n - gen t e geven. Voor deze meer algemene b e s c h r i j v i n g werd g e b r u i k ge- maakt van de t e r m i n o l o g i e van P i a g e t .
4. R e s u l t a t e n
V o o r z o v e r de v e r z a m e l d e u i t i n g e n van l e e r l i n g e n b e t r e k k i n g hebben op hun c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n , l a t e n ze op ruime s c h a a l v e r s c h i l l e n z i e n n i e t a l l e e n met de o p v a t t i n g e n van hedendaagse c h e m i c i maar ook met de i n s c h o o l b o e k e n b e s c h r e v e n e e n v o u d i g e , a l o f n i e t h i s t o r i s c h e c o r p u s c u l a i r e m o d e l l e n . Een a a n t a l v o o r b e e l d e n kan d i t d u i d e l i j k maken.
200 M o l e c u l e n a) T e r w i j l c h e m i c i voor de k l e u r van een s t o f een v e r k l a r i n g zoeken i n
de s t r u c t u u r van atomen o f m o l e c u l e n , w a a r b i j overgangen van e l e k - t r o n e n t u s s e n e n e r g i e n i v e a u ' s een r o l s p e l e n , s c h r i j v e n v e e l l e e r - l i n g e n de k l e u r van de s t o f e e n v o u d i g aan de m o l e c u l e n z e l f t o e : z w a v e l i s g e e l , dus i e d e r e z w a v e l m o l e c u u l i s g e e l .
b) Een a a n t a l l e e r l i n g e n i s van mening d a t i n een v l o e i s t o f z o a l s water o f a l c o h o l de m o l e c u l e n geen v a s t e l i c h a a m p j e s kunnen z i j n maar a l l e e n k l e i n e v l o e i s t o f d r u p p e l t j e s .
c ) E n k e l e l e e r l i n g e n kwamen na een p r o e f met k a a r s v e t t o t de c o n c l u s i e d a t i n z a c h t e s t o f f e n ook de m o l e c u l e n z a c h t z i j n : 'Een z a c h t e s t o f kan n i e t u i t harde m o l e c u l e n b e s t a a n ' .
d) De c o n s t a t e r i n g dat de geur van kamfer a l op e n i g e a f s t a n d kan worden waargenomen, b r e n g t sommige l e e r l i n g e n e r t o e t e menen dat de a f z o n d e r l i j k e k a m f e r m o l e c u l e n e l k z i j n omgeven door een g e u r - g e b i e d j e waardoor ze a l kunnen worden geroken wanneer ze de neus p a s s e r e n (Van D r i e l & De Vos, 1983). C h e m i c i v e r o n d e r s t e l l e n i n hun v e r k l a r i n g s p o g i n g e n van de geur een o f andere vorm van c o n t a c t t u s s e n k a m f e r m o l e c u l e n en m o l e c u l e n van een r e c e p t o r in de neus.
e) In een d i s c d s s i e o v e r de w e r k i n g van l i j m b e r e i k t e overeenstemming o v e r een b e s c h r i j v i n g w a a r b i j de werden geacht aan de b u i t e n k a n t t e z i j n v o o r z i e n van l a a g j e " .
Het algemene b e e l d d a t u i t deze en t a l r i j k e v o o r b e e l d e n kan worden g e c o n s t r u e e r d h e e f t a l s voornaamste kenmerk d a t l e e r l i n g e n a l l e r l e i e i g e n s c h a p p e n van m a c r o s c o p i s c h e hoeveelheden s t o f r e c h t s t r e e k s aan de m o l e c u l e n van d i e s t o f toekennen. De m o l e c u l e n z i j n voor hen b e z i t t e r s van de e i g e n s c h a p p e n , t e r w i j l ze voor de chemicus v e r o o r z a k e r s van d i e e i g e n s c h a p p e n z i j n . In overeenstemming met d i t algemene b e e l d menen ook v e e l l e e r l i n g e n d a t h e e t water u i t m o l e c u l e n b e s t a a t d i e ook z e l f , i n w e n d i g , h e e t z i j n . Wanneer z i j dan l e r e n dat deze m o l e c u l e n z i c h a l l e e n i n hun s n e l h e i d o n d e r s c h e i d e n van m o l e c u l e n van koud w a t e r , doen z i j t o c h geen a f s t a n d van h e t t e m p e r a t u u r b e g r i p voor de molecu- l e n : "De m o l e c u l e n van h e e t water z i j n van b i n n e n gewoon koud*.
In de t e r m i n o l o g i e van P i a g e t kunnen d e r g e l i j k e u i t s p r a k e n van l e e r l i n g e n o v e r m o l e c u l e n worden beschouwd a l s u i t i n g e n van c o n c r e e t - o p e r a t i o n e e l denken. Waar de chemicus z i j n u i t s p r a k e n o v e r m o l e c u l e n h e t k a r a k t e r van h y p o t h e s e s g e e f t en z i c h , a l s h e t e r o p aan komt, d a a r v a n bewust i s , v e r k l a a r t de l e e l r i n g d i k w i j l s de zekerheden van z i j n l e e f w e r e l d ook g e l d i g voor de m o l e c u l a i r e w e r e l d , zonder daaraan h e t k a r a k t e r van een h y p o t h e s e t o e t e kennen.
een g r o e p j e l i j m m o l e c u l e n een ' k l e v e r i g
5. D i s c u s s i e
V a n u i t de chemie g e z i e n kunnen de h i e r b o v e n weergegeven o p v a t t i n g e n eenvoudigweg a l s ' f o u t ' worden a f g e d a a n . Een w a t e r m o l e c u u l i s geen v l o e i s t o f d r u p p e l t j e en een i j z e r m o l e c u u l kan n i e t , z o a l s sommige l e e r - l i n g e n menen, worden bedekt met een r o e s t l a a g j e . De a f w i j z i n g g e l d t n i e t a l l e e n de a f z o n d e r l i j k e o p v a t t i n g e n maar ook de c e n t r a l e gedachte d i e t o t deze o p v a t t i n g e n l e i d t , n.1. het onbekommerd toekennen van a l l e r l e i m a c r o s c o p i s c h e v o o r w e r p s - en stofkenmeken u i t de l e e f w e r e l d aan de m o l e s c u l e n .
De natuurwetenschappen o n t w i k k e l e n m o d e l l e n van atomen en m o l e c u l e n t e n e i n d e daarmee v e r k l a r i n g e n voor waargenomen v e r s c h i j n s e l e n t e kun- nen o p s t e l l e n . De w e t e n s c h a p p e l i j k e s p e l r e g e l s s c h r i j v e n voor dat m o d e l l e n zo e e n v o u d i g m o g e l i j k moeten worden gekozen. Dat houdt i n dat aan de atomen en m o l e c u l e n n i e t meer kenmerken mogen worden t o e g e - s c h r e v e n dan t e n behoeve van de gevraagde v e r k l a r i n g e n s t r i k t noodza- k e l i j k i s . De g e s c h i e d e n i s van de c o r p u s c u l a i r e modelvorming i n de natuurwetenschappen l a a t een s t r e v e n z i e n om deze kenmerken t e b e p e r - ken t o t het t e r r e i n van de mechanica ( D i j k s t e r h u i s , 1950). U i t het v e r r i c h t e onderzoek b l i j k t dat l e e r l i n g e n deze " z u i n i g h e i d s r e g e l ' b i j de o n t w i k k e l i n g van hun c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n negeren. B i j a f w e z i g h e i d van e x p l i c i e t o n d e r w i j s op d i t t e r r e i n b l i j k t e r b i j hen geen intuïtieve b e h o e f t e aan t o e p a s s i n g van een d e r g e l i j k e r e g e l t e b e s t a a n .
Het onderzoek h e e f t dus een o n d e r w i j s p r o b l e e m z i c h t b a a r gemaakt d a t . z i c h kan voordoen o v e r a l waar i n het o n d e r w i j s v e r k l a r i n g e n met b e h u l p van m o d e l l e n een r o l s p e l e n . Het z i j n de l e e r l i n g e n d i e , i n de t e r m i - n o l o g i e van P i a g e t , nog c o n c r e e t - o p e r a t i o n e e l denken, d i e het hypothe- t i s c h e k a r a k t e r van een model negeren en overgaan t o t een ' v e r f e i t e - l i j k i n g ' van het model. S l e c h t s door het model t o t f e i t t e promoveren kunnen z i j het a l s u i t g a n g s p u n t voor een r e d e n e r i n g g e b r u i k e n . Maar j u i s t dan v e r l i e s t het model z i j n v e r k l a r i n g s k r a c h t : men kan de g e l e k l e u r van z w a v e l n i e t b e v r e d i g e n d v e r k l a r e n door t e s t e l l e n dat i e d e r z w a v e l m o l e c u u l g e e l i s .
Maar wat w e t e n s c h a p p e l i j k g e z i e n onaanvaardbaar i s a l s e i n d r e s u l - t a a t van een o n d e r w i j s p r o c e s , kan n i e t t e m i n wel e r k e n d worden a l s een v e r a n t w o o r d en m i s s c h i e n z e l f s onontkoombaar s t a r t p u n t voor een onder- w i j s p r o c e s . De o n t w i k k e l i n g van c o r p u s c u l a i r e v o o r s t e l l i n g e n van l e e r - l i n g e n v i n d t dan p l a a t s l a n g s de weg van l e e f w e r e l d naar wetenschap.
Voor het c h e m i e - o n d e r w i j s waarop het onderzoek b e t r e k k i n g had, i s van b e l a n g hoe deze o n t w i k k e l i n g i n het o n d e r w i j s p r o c e s kan worden b e v o r - d e r d en b e s t u u r d en hoever d i e o n t w i k k e l i n g moet gaan om het l e r e n van de b e g r i p p e n s t o f , chemische r e a c t i e en element e f f e c t i e f t e onder- s t e u n e n . E s s e n t i e e l i s dat l e e r l i n g e n hun z i c h w i j z i g e n d e v o o r s t e l l i n - gen b l i j v e n beschouwen a l s behorend t o t hun e i g e n w e r e l d b e e l d en ze n i e t gaan z i e n a l s l o u t e r een s t u k j e l e e r s t o f dat i n h e t k a d e r van een
202 M o l e c u l e n s c h o o l v a k t i j d e l i j k gekend moet worden. De o n d e r w i j s o n t w i k k e l i n g s p r o -
b l e m a t i e k d i e d i t met z i c h meebrengt wordt h i e r b u i t e n beschouwing g e l a t e n .
L i t e r a t u u r
D i j k s t e r h u i s , E . J .0e mechanisering van het wereldbeeld, Amsterdam:
M e u l e n h o f f , 1983.
D r i e l , J . v . , en Vos, W.de. ' A l s h e t een geur h e e f t Tijdschrift voor Didactiek der Natuurwetenschappen, 1, p.3, 1983.
F e i s , R. en J a n s e n , A . I . Scheikunde voor de derde klas havo en vwo, Culemborg: Educaboek B.V., 1980.
Vos, W. de. Chemie in Duizend Vragen, U t r e c h t : Vakgroep Chemie- d i d a c t i e k , R.U.U., 1984.
Vos, W.de. Corpusculum Delicti, d i s s . R.U.U., 1985.
