1. natuur- en scheikunde één vak

Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 1 van 28
Inhoud:
1.
NATUUR- EN SCHEIKUNDE ... ÉÉN VAK ...................................................................... 1
1.1
DE INHOUD VAN HET HOOFDSTUK. .................................................................................... 1
1.2
EEN SCHOOLVAK MET EEN HARDE KERN. .......................................................................... 1
1.2.1
De vakstructuur van de schoolscheikunde ............................................................... 1
1.2.2
De kloof tussen vakstructuur en leefwereld .............................................................. 4
1.2.3
De overkant van de kloof .......................................................................................... 5
1.3
BASIS VAN OF VOOR NATUURKUNDE/SCHEIKUNDE. ........................................................... 9
1.3.1
Inleiding ................................................................................................................... 9
1.3.2
Natuurkunde als (school-)vak ................................................................................ 10
1.3.3
Het (sdool-)vak scheikunde .................................................................................... 11
1.3.4
Over natuurwetenschap, techniek en leefwereld .................................................... 13
1.3.5
Kan hel ook anders? ............................................................................................... 21
1.4
OVERLAP VAN BEGRIPPEN. .............................................................................................. 22
1.4.1
Dichtheid. ............................................................................................................... 22
1.4.2
Kookpunt en smeltpunt. .......................................................................................... 23
1.4.3
Molecuultheorie. .................................................................................................... 23
1.4.4
Warmteleer. ............................................................................................................ 24
1.4.5
Bouw van de materie. ............................................................................................. 25
1.5
DE INVOERING OP SCHOOL. ............................................................................................. 27
1.
NATUUR- EN SCHEIKUNDE ... ÉÉN VAK
1.1
De inhoud van het hoofdstuk.
In dit hoofdstuk komt de samenvoeging van natuur- en scheikunde aan bod Dat deze twee vakken
samengevoegd zijn in de basisvorming komt ten dele door het verwant zijn van deze vakken, maar ook
door de politieke besluitvorming omtrent de basisvorming. In de eerste voorstellen was scheikunde niet
eens opgenomen in het programma. Protesten vanuit de verschillende belangengroepen hebben geleid tot
de huidige samenvoeging m de kerndoelen voor natuur- en scheikunde.Dat de twee vakken naast
overeenkomsten ook verschillen vertonen zal duidelijk zijn. In het hoofdstuk wordt aandacht besteed aan
de vakstructuur van scheikunde (1.1 en 1.2) en het karakter van het vak natuurkunde (1.2).
Verder komen een aantal aandachtspunten aan de orde die de vernieuwende aspecten van het vak
belichten (1.2), met name de verschuiving van het vak als uitgangspunt naar de leefwereld. Tot slot (l 3)
komen de begrippen aan bod die zowel in het vak natuurkunde als in scheikunde voorkomen.
1.2
1.2.1
Een schoolvak met een harde kern.
De vakstructuur van de schoolscheikunde
Er is al veel geschreven over de rol van de vakstructuur van scheikunde in het scheikunde-onderwijs,
maar over de vraag hoe dan die vakstructuur er uit ziet, is veel minder gezegd. Toch is het nuttig om die
structuur te kennen, al was het alleen maar om beter aan de vanzelfsprekendheid ervan te kunnen
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 2 van 28
ontsnappen. Een vakstructuur voor scheikunde-onderwijs moet niet alleen een aantal chemische
begrippen omvatten, maar ook een samenhang laten zien waarbinnen die begrippen een plaats hebben.
Dat is nodig om er beslissingen over de inrichting van het onderwijs op te kunnen baseren. Een
dergelijke vakstructuur van scheikunde is nooit officieel in een document vastgelegd Het leerplan voor
rijksscholen hanteerde bij het opsommen van chemische begrippen wel een bepaalde indeling, maar die
werd niet toegelicht en binnen een schooljaar niet dwingend opgelegd en zij kon dus hoogstens dienen
om een grove structuur te suggereren. Schoolboeken bieden een betere mogelijkheid om een vakstructuur
te ontdekken en men zou natuurlijk ook scheikundelessen kunnen gaan observeren om na te gaan volgens
welke structuur een docent voor de leerlingen het onderwijs organiseert Wij hebben om praktische
redenen gekozen voor het bekijken van scheikundeboeken en daarbij, om een ontwikkeling te kunnen
zien, ook een aantal oudere en reeds lang in onbruik geraakte boeken en boekjes uit de periode van mulo,
hbs en gymnasium bestudeerd. Schoolboeken bevatten een schat aan informatie, maar ze bevatten niet
een expliciete beschrijving van een vakstructuur voor scheikunde. Het kan dus alleen gaan om het
opsporen van een verborgen structuur en dat gaat met zekere risico's gepaard. We zijn ons ervan bewust
dat het resultaat van het zoeken erg afhangt van wie er kijkt en door welke bril.
Het eerste wat ons in verreweg de meeste oudere scheikundeboeken opvalt, is dat scheikunde ook toen al
werd gepresenteerd als een aan de natuurkunde verwante wetenschap. Daarbij werd echter niet de
overeenkomst tussen beide vakken, maar juist het verschil ertussen centraal gesteld. En de nadruk lag dan
op de processen die in beide wetenschappen worden onderzocht: de scheikunde neemt de blijvende, de
meer ingrijpende veranderin gen voor haar rekening. Die veranderingen heten eerst nog chemische
verschijnselen, maar dan al gauw chemische reacties. De eerste taak van boek en docent was dan ook om
de leerlingen duidelijk te maken wat daaronder moest worden verstaan. Dat gebeurde bijvoorbeeld als
volgt: "Tot het gebied der scheikunde rekent men een verschijnsel, indien daarbij één of meer andere
stoffen verkregen worden dan waarvan we uitgaan." (A.L.W. de Gee, Scheikunde voor het middelbaar en
gymnasiaal onderwijs; zesde druk, 1950). Het begrip chemische reactie speelt, ook in de hogere klassen
en ook nog in onze tijd, een overheersende rol in de structuur van het schoolvak scheikunde zoals wij die
menen te kunnen vaststellen.
De introductie van het reactiebegrip vond in de meeste oudere scheikundeboeken (zo uit de vijftiger jaren
en daarvoor) nog zonder veel omhaal plaats. Er werden enkele voorbeelden en soms ook non-voorbeelden
genoemd en er werd een soort definitie gegeven. In de laatste tientallen jaren is de zorgvuldigheid,
waarmee het begrip chemische reactie in de boeken wordt geïntroduceerd, echter sterk toegenomen.
Vooral de aandacht voor het chemische stofbegrip is groter geworden, hetgeen o.a. de termen zuivere stof
en stofeigenschap heeft opgeleverd. Alle onderwerpen die na de introductie van het reactiebegrip aan de
orde komen, ook in de volgende leerjaren, laten zich met dat begrip chemische reactie in verband
brengen. We kunnen daarbij onderscheid maken tussen invulling, verdieping en begrenzing van het
reactiebegrip. Samen met de introductie van het reactiebegrip vormen deze drie onderling samenhangende
aspecten door de jaren heen de elementen van een stabiele vakstructuur, al is het aandeel van elk van die
elementen in het onderwijs in de loop van de jaren nogal gewijzigd.
Met invulling bedoelen we dat de leerlingen steeds meer voorbeelden van chemische reacties leren
kennen. In de jaren van de HBS had dit aspect van het reactiebegrip een zwaar accent en werden de
reactiemogelijkheden van een groot aantal stoffen behandeld. Meestal was de hele indeling van het boek
-en daarmee van het onderwijs- erop gebaseerd: hoofdstuksgewijze werden stoffen of groepen stoffen met
hun reactiemogelijkheden aan de orde gesteld. Het Periodiek Systeem zorgde voor een overzichtelijke
indeling, waarbij de organische chemie een afzonderlijk onderdeel, zelfs bijna een afzonderlijk vak werd.
Kleuren, oplosbaarheden e.d. moesten worden geleerd om de betreffende stoffen bij reacties (meestal
slechts op papier) te kunnen identificeren. In het huidige onderwijs is de invulling van het reactiebegrip
wat op de achtergrond geraakt, maar de klachten over leerlingen die "zelfs" de kleur van kopersulfaat in
BINAS moeten opzoeken, wijzen erop dat men enige invulling toch wel nodig vindt.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 3 van 28
Verdieping van het reactiebegrip houdt in dat belangrijke kenmerken, zoals energie-effect en snelheid
van reacties, aandacht krijgen als verschijnselen die met reacties zijn verbonden. Afzonderlijke reacties
dienen in dit verband alleen als voorbeeld, het gaat om het verschijnsel. Ook vaste massa- en
volumeverhoudingen van bij reacties betrokken stoffen vormen zo'n verschijnsel. Door steeds meer
algemene aspecten van het reactiebegrip, los van afzonderlijke voorbeelden, te bestuderen, verdiepen de
leerlingen hun inzicht in het verschijnsel chemische reactie als aanvulling op de inventarisatie van
voorbeelden, die we verbredend zouden kunnen noemen.
Tot die verdieping rekenen we ook de beschrijving van reacties op het atomaire niveau, waarbij o.a.
bindingsmodellen en mechanismen worden behandeld.
Tenslotte is er dan de begrenzing. Daarbij gaat het om de vraag naar de voorspelbaarheid van chemische
reacties. Het idee dat onder bepaalde omstandigheden stoffen verdwijnen en andere ontstaan, roept de
vraag op of er verband is tussen de stoffen die verdwijnen, de stoffen die ontstaan en de omstandigheden
waaronder dat gebeurt. Is er enige orde te ontwaren in de alsmaar in aantal toenemende voorbeelden van
reacties die de leerlingen ontmoeten? Is het mogelijk om met enkele regels te volstaan in plaats van talloze
afzonderlijke combinaties van uitgangsstoffen, reactieprodukten en omstandigheden te moeten
onthouden?
In principe biedt de scheikunde drie voorwaarden, die in het onderwijs alle drie, zij het niet even volledig,
worden besproken. Een reactie treedt pas op als aan alle drie voorwaarden is voldaan.
De eerste voorwaarde is het elementbehoud. Het is altijd wat moeilijk voor chemici om zich voor te
stellen dat een leerling wel weet wat een chemische reactie is, maar nog niet van elementen heeft gehoord.
Zo'n leerling kan nog geloven dat suiker onder geschikte omstandigheden met kwik kan reageren onder
vorming van zwavel, of roest, of misschien wel goud. Er is nog geen enkele begrenzing aangebracht aan
de reactie-mogelijkheden van
een stof. De eerste begrenzing wordt geboden door de regel dat bij eenreactie weliswaar stoffen
verdwijnen en ontstaan, maar dat de elementen waaruit die stoffen bestaan kwantitatief behouden blijven.
Anders gezegd: bij iedere chemische reactie kan een kloppende reactievergelijking worden opgesteld.
Meestal wordt de atoomtheorie van Dalton te hulp geroepen, die elementbehoud koppelt aan het behoud
van atomen. Het elementbegrip is in elk geval een sleutelbegrip in de vakstructuur, omdat het een eerste
begrenzing aanbrengt in de tot dan toe onbegrensd lijkende reactiemogelijkheden van stoffen. In een
eerste leerjaar scheikunde wordt er daarom veel aandacht aan besteed. Maar er is meer begrenzing nodig,
want niet iedere kloppend gemaakte reactievergelijking vertegenwoordigt een reactie die werkelijk
optreedt.
De tweede voorwaarde die aan een reactie gesteld wordt, is afkomstig uit de thermodynamica en houdt
verband met energieverschillen tussen verdwijnende en gevormde stoffen onder de heersende
omstandigheden. Dat is typisch iets voor de hogere klassen en we laten deze voorwaarde hier verder
buiten beschouwing, maar we wijzen er wel op dat ze o.a. ten grondslag ligt aan de tabellen in BINAS,
die de leerlingen gebruiken om de mogelijkheid van een bepaalde zuur-base- of redox-reactie na te gaan.
We laten ook de derde voorwaarde, die luidt dat een reactie met een merkbare snelheid moet verlopen om
opgemerkt te kunnen worden, hier buiten beschouwing met een verwijzing naar de hoofdstukken over
reactiesnelheden in de vierde of hogere klassen. Wel merken we nog op dat de drie reactievoorwaarden
gezamenlijk een antwoord bieden op een wezenlijke vraag die al vroeg in de derde klas voor de hand ligt,
nl. hoe je kunt weten welke reacties verlopen en welke niet. De stapsgewijze beantwoording van die vraag
zorgt, althans op vwo-niveau, voor een zekere eenheid in het scheikunde-onderwijs op basis van een
vakstructuur van de chemie waarbij het begrip chemische reactie een centrale plaats inneemt.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 4 van 28
Bij alle wijzigingen die in de afgelopen halve eeuw in het scheikundeonderwijs zijn ingevoerd, is de hier
beschreven vakstructuur als basis van het onderwijs in feite onaangetast gebleven. Het introductiegedeelte
is door de invoering van begrippen als zuivere stof en stofeigenschap zelfs nog versterkt. Dat betekent niet
dat er geen toenemende aandacht is geweest voor ervaringen en voorbeelden uit de leefwereld van de
leerlingen. Maar de rol van de leefwereld in het onderwijs is steeds ondergeschikt gebleven aan de
vakstructuur, die de onderwerpen en de volgorde daarvan in grote lijnen is blijven bepalen.
Leefwereldvoorbeelden zijn welkom, overal waar ze in die vakstructuur (lijken te) passen: destillatie van
wijn als voorbeeld van een scheidingsmethode, koffie zetten als voorbeeld van extractie. Op de vraag of
dit een bruikbaar uitgangspunt is voor scheikunde-onderwijs in de basisvorming, komen we nog terug.
1.2.2 De kloof tussen vakstructuur en leefwereld
De centrale positie van het begrip chemische reactie in het scheikundeonderwijs is al tientallen jaren
onomstreden. Van het grootste belangdaarbij is dat de leerlingen het wezen ervan goed begrijpen: het
verdwijnen van stoffen (reactanten) en het gelijktijdig ontstaan van andere stoffen (reactieprodukten). In
de jaren na 1970 werd steeds meer duidelijk dat voor een goed inzicht in de chemische reactie een zeer
bepaald chemisch stofbegrip nodig is. Een stofbegrip dat, anders dan in het dagelijks leven gebruikelijk is,
sneeuw, ijs en water beschouwt als één stof, maar "zuivere" lucht als een hele verzameling stoffen. "Stof
werd erkend als een element van de vakstructuur dat zeer zorgvuldig moest worden onderwezen. De
hulpbegrippen stofeigenschap en zuivere stof deden hun intrede. En daarmee begint een soort hellend
vlak zichtbaar te worden, want stofeigenschap en zuivere stof blijken op hun beurt weer chemische
vaktermen te zijn, die zeer zorgvuldig onderwezen moeten worden. Stofeigenschappen dienen in de
chemie om een stof te onderscheiden van andere stoffen. Meestal maakt men daarbij gebruik van een of
ander analyse-instrument dat een spectrum oplevert, waarbij de stof als een piek of een combinatie van
pieken wordt herkend: een onverwisselbare "fingerprint" van de stof. Maar in het begin van de derde klas
zijn zulke technieken natuurlijk nog niet beschikbaar. Daarom wordt er uitgeweken naar meer
toegankelijke eigenschappen als kleur, geur, smelt- en kookpunt. Dat betekent een breuk met de moderne
chemie, maar er is ook nog een breuk met het dagelijks leven. Beide vereisen enige toelichting. De
spectra die in de moderne analytische chemie worden gebruikt hebben de eigenschap dat ze ook voor
identificatie van bestanddelen van mengsels kunnen dienen. In sommige gevallen kunnen concentraties
lager dan l ppm (delen per miljoen) nog heel nauwkeurig worden gemeten en de toepassing van deze
analysetechnieken ligt ook vooral op het gebied van mengsels, bijvoorbeeld in het
levensmiddelenonderzoek. Eigenschappen als kleur, geur en smelt- en kookpunt vereisen daarentegen een
minimale zuiverheid vande te identificeren stof. Dergelijke eigenschappen blijven bij het mengen van
stoffen niet zonder meer behouden. Dat geldt zelfs voor de chemische eigenschappen van een stof:
buskruit heeft nu eenmaal andere eigenschappen dan zwavel, houtskool en salpeter waaruit het is
samengesteld en die geen van alle explosief zijn. De veel voorkomende bewering dat een mengsel, in
tegenstelling tot een verbinding, nog de eigenschappen bezit van de afzonderlijke bestanddelen (of
"meng-eigenschappen" daarvan) is niet houdbaar.
En dan is er nog de breuk met het dagelijks leven. Kleuren en geuren komen we daar vaak tegen, maar
slechts zelden in de context van het herkennen van stoffen. Heel vaak is de kleur niet een eigenschap maar
een bestanddeel: gekleurd papier, plastic, leverpastei en aardbeienyoghurt danken hun kleur aan een voor
dat doel toegevoegde kleurstof. Plastic kan iedere kleur hebben. Sommige leerlingen menen dat ook bij
zwavel de kleurstof is toegevoegd en dat er kleurloze zwavel kan bestaan. Het probleem is dat we in het
dagelijks leven meestal te maken hebben met mengsels in plaats van afzonderlijke stoffen. Dat geldt ook
bij geuren: leerlingen vinden dat waterstofsulfide stinkt naar rotte eieren en niet andersom. En bij de geur
van een roos vragen we ons niet af welk vluchtig bestanddeel van de bloem ervoor verantwoordelijk is;
het is de geur van de roos. Kleur, geur en dergelijke stofeigenschappen zijn hooguit in sommige gevallen
bruikbaar om stoffen te identificeren, maar dan vooral voor wie al een chemisch stofbegrip ontwikkeld
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 5 van 28
heeft. Ook het andere hulpbegrip, zuivere stof, past slecht in de context van het dagelijks leven. Het
begrip is ingevoerd in het onderwijs om chemische reacties van andere verschijnselen te onderscheiden.
Er moet immers worden vastgesteld of de stoffen na afloop van een proces andere zijn dan die ervoor. Om
identificatie van de reactieprodukten voor de leerlingen mogelijk te maken, moeten die van elkaar worden
gescheiden. Daartoe maakt de leerling kennis met een aantal scheidingstechnieken (die soms heel moeilijk
van chemische reacties te onderscheiden zijn: het hellend vlak dreigt dan een vicieuze cirkel te worden),
maar tegelijk ontstaat er een spraakverwarring. Er wordt nl. wel onderscheid gemaakt tussen zuivere
stoffen en mengsels, maar de namen van de zuivere stoffen worden vervolgens zonder toelichting
gebruikt om er bestanddelen van mengsels mee aan te duiden. Dan bevat wijn de "zuivere stof' alcohol en
leidingwater is geen zuiver water, maar bevat het wel. De zuivere stof in chemische zin correspondeert
met een formule zoals H2O of C2H5OH. Dat is een ander spraakgebruik dan in het dagelijks leven, waar
we over zuivere lucht en waterzuivering spreken.
Kenmerk van de vakstructuur is dat de begrippen reactie, (zuivere) stof en stofeigenschap ieder een zeer
geabstraheerde betekenis hebben. Dat maakt algemene uitspraken mogelijk (zoals "Bij een chemische
reactie verdwijnen en ontstaan stoffen" en "Een stof wordt herkend aan zijn stofeigenschappen"), maar om
een dergelijk niveau van algemeenheid te bereiken is een sterke schematisering nodig. Het resultaat is dat
bijna ieder voorbeeld uit de leefwereld ongeschikt is als illustratie en de leerling moet wel de indruk
krijgen dat de werkelijkheid een zeer onvolmaakte weergave is van detheorie.
Natuurlijk wordt er vooral de laatste jaren veel gedaan om chemie in de leefwereld voor de
leerlingen zichtbaar te maken. Maar zolang het onderwijs de beschreven vakstructuur als richtlijn
aanhoudt, worden de leerlingen onvermijdelijk opgescheept met een kloof tussen theorie en
praktijk. Die kloof wordt bijvoorbeeld zichtbaar als de klas, in het kader van het begrip zuivere
stof, een bezoek brengt aan een waterleidingbedrijf en de voorlichtingsambtenaar ter plaatse
vertelt welke stoffen aan het water worden toegevoegd om het zuiver te maken. De leerlingen
kennen immers een zuivere stof alleen als iets waar alle andere stoffen uit verwijderd zijn... De
voorlichter gebruikt het woord 'zuiveren' echter in een technologische context en daar verwijst
het naar het voldoen aan een aantal wettelijk vastgelegde samenstellingscriteria. Bij het lezen van
de kerndoelen dringt zich de vraag op of de ontwerpers zich bewust zijn geweest van de spanning
tussen op vakstructuur en op praktische toepassingen gericht onderwijs.
1.2.3 De overkant van de kloof
In het onderstaande voorbeeld willen we een stukje onderwijs beschrijven waarin een chemisch
onderwerp, in dit geval kortweg aangeduid als "beton", los van de traditionele vakstructuur wordt
behandeld. Het onderwerp zelf is evenmin traditioneel, maar dat betekent niet dat wij traditionele
onderwerpen ongeschikt vinden voor de basisvorming. We hebben dit onderwerp gekozen omdat het laat
zien dat er heel veel waardevolle chemie buiten het gezichtsveld valt als men de vakstructuur van de
scheikunde als uitgangspunt kiest. Bovendien is het een heel geschikt onderwerp om samenhang tussen
natuurkunde en scheikunde te laten zien. Nog een kanttekening vooraf: we willen niet bepleiten dat het
stukje onderwijs dat wij hieronder beschrijven ten koste van alles in de basisvorming moet. Hoogstens
menen we dat het in aanmerking komt voor onderzoek in het kader van een onderwijsexperiment. Het
resultaat daarvan zou heel goed kunnen zijn dat "beton" in deze vorm niet voldoende te bieden heeft of
dat het een plaats moet hebben op een lijst van onderwerpen waaruit per school gekozen kan (of moet)
worden. Hier, in dit boekje, gaat het ons vooral om de illustratie van een aantal ideeën aan de hand van
een onderwerp dat daarvoor geschikt is.
"Beton" is niet meer dan een werktitel voor een onderwerp dat, chemisch gezien, vooral draait om
binding van water in vaste stoffen. Deze waterbinding in vaste stoffen is, o.a. door de toepassing in de
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 6 van 28
betontechnologie, maatschappelijk gezien een enorm belangrijk verschijnsel. Het is goed 'te verdedigen
dat iedere Nederlander in de basisvorming iets moet leren over een materiaal dat overal wordt toegepast
in bruggen, viaducten, gebouwen en zelfs in gewone trottoirtegels. We beginnen met een zak
(snel)cement van de doe-het-zelfzaak. Een fijn poeder, dat gemakkelijk wegstuift. Voor de leerlingen is
het allerminst vanzelfsprekend dat je zo'n poeder een vaste stof noemt. Het moet nog vast worden, het is
nu nog los, zeggen sommigen. Op de zak staat een gebruiksaanwijzing en het grijze poeder laat zich
gemakkelijk met een afgepaste hoeveelheid water vermengen. Bijna onvermijdelijk stuiten we daarbij op
het verschil tussen gewichts- en volumeverhouding, maar we maken alleen een beperkte afspraak voor
onze betonbereiding en we generaliseren niet naar algemene uitspraken over de relatie tussen gewicht (of
massa), volume en dichtheid. Het maken van cementen voorwerpen blijkt tegen te vallen, omdat de pasta
de neiging heeft tijdens het harden uit te zakken. Er moet dus iets omheen, en dat zie je ook als er een
brug wordt gebouwd: daar wordt beton gestort in een van te voren van wanden voorziene ruimte. Later
zijn de afdrukken van de betimmering nog goed te zien. Een voor de hand liggende vraag is waar het
water is gebleven wanneer het cement hard geworden is. Leerlingen spreken waarschijnlijk van
"opdrogen" als ze het hardingsproces bedoelen en dus moeten we onderzoeken of het water verdampt is.
Dat kan misschien door tijdens het drogen een paar keer te wegen. Ook moeten we op zoek naar
"verborgen" water binnen in het hardgeworden cement. Hoe moet je je verborgen water in een betonnen
brug voorstellen: zou het bijvoorbeeld in de winter kunnen bevriezen? Wit kopersulfaat is een reagens op
water, maar misschien zijn er voor dit doel betere. Het aardige van wit kopersulfaat is echter dat het ook
zelf water kan laten verdwijnen. Dat verdwenen water kan er dan door verhitting worden uitgestookt en
het loont de moeite dat ook met hard- en droog geworden snelcement te proberen, of met een stukje beton
van een trottoirtegel. Varianten op deze experimenten kunnen intussen worden uitgevoerd door leerlingen
die met opzet bij de bereiding van het cement wat meer of wat minder water hebben genomen dan in de
gebruiksaanwijzing staat vermeld. Chemisch gezien zijn we dan natuurlijk bezig met het voorbereiden
van begrippen als chemische reactie en overmaat, maar dat speelt voor de leerlingen nu geen rol.
Het is nuttig om iets te weten van de chemische kant van betonbereiding en betonharding. Op een
bijeenkomst van chemiedidactici werd, toen het onderwerp aan de orde kwam, opgemerkt: "Dat heeft
toch niets met chemie te maken!" Het tegendeel is waar, beton barst (figuurlijk gesproken dan) van de
chemie. Beroemde chemici als Lavoisier en Le Chatelier hebben zich in het verleden uitvoerig met de
cementchemie beziggehouden. Het onderwerp is echter, waarschijnlijk als gevolg van de preoccupatie
met de vakstructuur in het traditionele scheikunde-onderwijs nooit tot de leerplannen doorgedrongen.
Cement, het belangrijkste bestanddeel van beton, bestaat hoofdzakelijk uit verbindingen van
calciumoxide met siliciumoxide, aluminiumoxide en ijzeroxide. Bij de vorming van deze verbindingen,
die onder warmte-ontwikkeling plaatsvindt, reageert ook het toegevoegde water mee. Om honderd gram
hard, droog cement te maken zijn enkele tientallen grammen water nodig. Bij het "drogen" verdampt dit
water niet, maar het wordt grotendeels chemisch gebonden. Hoe is het verband tussen wateropname en
harding? En hoe zit dat met een spons die in droge toestand keihard is, maar zacht wordt als hij water
opneemt?
Een aardige eigenschap van snelcement is dat je het voelt warm worden, terwijl je nota bene koud water
had toegevoegd. Die temperatuurverhoging is te meten, maar dan moet je oppassen dat de thermometer
niet voorgoed wordt ingemetseld. Is er verband tussen warm worden en hard worden? Een ei wordt ook
hard als je het kookt, maar dit spul wordt vanzelf warm en dat doet een ei niet.
Wanneer snelcement hard wordt, kun je de stevigheid ervan onderzoeken. Om stevigheid te kunnen
meten, moet je eerst een meetmethode afspreken. Bijvoorbeeld: neem een staaf van het spul, ondersteun
die aan beide uiteinden en hang gewichten aan het midden. De stevigheid wordt dan bepaald door het
gewicht dat de staaf kan of (liever: kon) dragen. Een staafvormig stuk cement krijg je als je de pasta in
een opgerold blaadje papier laat hard worden. Zijn we dan niet met natuurkunde bezig? Nee, met het vak
natuur- en scheikunde. Weer een ander probleem is dat van de samenstelling van cement. Met ongebluste
kalk (in meer vakstructuurgericht onderwijs calciumoxide geheten) en kiezel (siliciumdioxide), beide zeer
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 7 van 28
fijn gepoederd, hebben we de voornaamste ingrediënten. Van groot belang zijn de korrelgrootte en de
menging, beide in verband met een zo groot mogelijk contactoppervlak tussen beide stoffen. Voor beton
is bovendien nog zand en/of grind nodig, niet alleen vanwege de stevigheid maar ook vanwege de prijs
per kubieke meter.Kalksteen of schelpen vormen de grondstof waaruit door verhitting in kalkovens
ongebluste kalk wordt bereid. Op school valt dat tegen in verband met de hoge temperatuur die nodig is,
maar misschien is daar iets op te vinden. Naast het bereiden is echter ook het mengen van de grondstoffen
een belangrijk proces. De mengverhouding gaat dan een rol spelen, evenals de mengmethode. Bij het
mengen zijn variaties mogelijk, zoals het bijmengen van kleurstoffen: roest, roet, e.d. Maar het is ook
nuttig om eens naar de beroepskant te kijken: waar in Nederland cement wordt gemaakt, door wie, en met
welke grondstoffen? Welke gevolgen heeft dat voor het milieu? Maar ook: hoe zou Nederland er uit zien
zonder cement en beton? Welke alternatieven hebben we? Nog een ander aspect van dit onderwerp is de
mogelijke uitbreiding naar andere hardworders. Uitgedaagd door de naam ongebluste kalk hebben de
leerlingen gebluste kalk gemaakt en dat heeft o.a. een bekerglas met kalkwater opgeleverd. De
oppervlakte van die vloeistof is de volgende dag bedekt met een vlies. In een afgesloten fles met
kalkwater gebeurt dat niet of nauwelijks. Droogt de vloeistof op? Heeft het iets met het vlies op de melk te
maken? Of is er wat anders aan de hand? Ook de andere hoofdcomponent van het cement, de kiezel, heeft
verrassingen in petto in de vorm van waterglas. Een bezoek aan de wonderen van de "chemische tuin"
mag dan niet achterwege blijven.
Het onderwerp "beton" is hiermee zeker niet uitgeput en de manieren om het onderwijs in te richten
evenmin. En er zijn talrijke andere onderwerpen die in aanmerking kunnen komen. Kenmerkend is bij
ieder onderwerp dat een vroegtijdige generalisatie naar grote, overkoepelende wetenschappelijke
theorieën in de basisvorming nog achterwege blijft. Wel kan de grondslag voor die generalisatie al
worden gelegd. Het moet immers ook voor de toekomstige vwo-leerlingen basisvorming zijn! Maar
binnen de basisvorming blijft het onderwerp zelf centraal staan en wordt het niet meteen gereduceerd tot
een voorbeeld of een toepassing van een algemene theorie. Destillatie is een mogelijk ander onderwerp,
maar dan niet als zuiveringsmethode op weg naar het theoretisch begrip zuivere stof. Wel bijvoorbeeld in
de context van gisting, alcoholische dranken en de invloed van alcohol op het menselijk lichaam. Iets
dergelijks geldt voor kleurstoffen, die nu alleen bij het onderwerp adsorptie even optreden, om zich als
een soort verontreiniging meteen voorgoed door actieve kool uit het gezichtsveld van het onderwijs te
laten verwijderen. Bereiding en gebruik van kleurstoffen, met aspecten als menging en hechting, inclusief
de esthetische kanten, vormen echter een heel geschikt onderwerp voor de basisvorming. Ging het niet om
hand, hoofd en hart? Zo kunnen we doorgaan: glas en de bewerking daarvan, keramische materialen,
emaille en de toepassing van metaaloxiden om kleuren te verkrijgen maar ook de wereld van reuk- en
smaakstoffen en die van de kristallen, van giftige stoffen en geneesmiddelen en noem maar op.
Wezenlijk vinden we dat deze en andere onderwerpen om hun eigen belang voor de leerlingen
worden behandeld en niet worden gedegradeerd tot voorbeelden van stoffen of reacties. De
kennismaking van de leerlingen met deze onderwerpen vindt veel meer plaats op het
ambachtelijke dan op het wetenschappelijke niveau. Komen de leerlingen met een
wetenschappelijk toekomstperspectief dan niet tekort? Nee, want ze doen een schat aan ervaring
op waardoor ze later, als er wetenschappelijk geanalyseerd en gecategoriseerd moet worden, ook
iets te analyseren en te categoriseren hebben.
We hebben eerder al iets gezegd over de werkvorm die we ons bij dit type onderwijs voorstellen:
leerlingen die in groepjes werken, open of tamelijk gesloten opdrachten uitvoeren en over de resultaten
van hun werk aan klasgenoten verslag uitbrengen. Zo'n verslag moet een functie hebben. In het huidige
onderwijs levert de leerling een verslag bij de docent in en die
kijkt het, als de tijd dat toelaat, na. Maar de docent weet al lang wat er in moet staan en de leerling weet
dat de docent dat weet. Het verslag is niet meer dan een schijncommunicatie, een oefening voor een
situatie die zich nooit voordoet. In onze visie brengen de leerlingen mondeling of schriftelijk verslag uit
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 8 van 28
aan elkaar en hebben ze ook belang bij elkaars verslag om verder te kunnen werken in hun eigen groepje.
Het schrijven van een verslag dat uitsluitend een oefenfunctie heeft, kan een leerling niet motiveren.
Bovendien blijven de criteria voor de kwaliteit van een verslag in die situatie onduidelijk en schijnbaar
willekeurig. Tenslotte nog een waarschuwing. Het is niet moeilijk om, na enig nadenken, nog wat aardige
onderwerpen aan het lijstje toe te voegen. Veel moeilijker is het om over zo'n onderwerp een verantwoord
stuk onderwijs te ontwerpen. Er moet onderwijsmateriaal worden ontwikkeld waarmee leerlingen en
docent goed uit de voeten kunnen, en daaronder verstaan we ook zinvolle
practicumopdrachten, ideeën voor toetsing, achtergrondinformatie enz. Debasisvorming is helaas niet
voorafgegaan door uitvoerige onderwijsexperimenten waarin dergelijke ideeën zijn uitgewerkt en getoetst.
Dat maakt de neiging van sommigen om alles zo dicht mogelijk bij het oude te laten, heelbegrijpelijk.
Toch zou het jammer zijn als de uitdaging om in de praktijk van de basisvorming iets van de fraaie doelen
te verwezenlijken, bleef liggen.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
1.3
Pagina 9 van 28
Basis van of voor natuurkunde/scheikunde.
(Dit is hoofdstuk 2 uit: Basisvorming natuur- en scheikunde;H.P. Hooymayers/P.L. Lijnse/W. de Vos.
ISBN 90 6890 164 8 1989).
1.3.1 Inleiding
In het voorgaande hoofdstuk zijn globaal de doelen en de opzet voor de basisvorming geschetst, althans
voor wat de rol van het vak natuur- en scheikunde daarin betreft. In hoeverre betekent dat nu iets nieuws,
of past het precies in het huidige onderwijs? Daartoe willen we eerst wat precie zer kijken naarde huidige
praktijk. En dan uiteraard vooral naar wat er gebeurt op het LBO, het MAVO en de onderbouw
HAVO/VWO. Helaas is van deze praktijk, met name op LBO/MAVO, niet zoveel bekend. Er is eigenlijk
niet of nauwelijks onderzoek naar gedaan. Ook in de didactische discussies van de laatste jaren speelt het
LBO/MAVO gedeelte van het 'veld' een weinig opvallende rol. We zullen onze aandacht dan ook vooral
richten op wat in leerplannen, examenprogramma's en leerboeken is neergeslagen. Een citaat uit het Ten
Geleide van een veel gebruikte MAVO/LBO-natuurkunde-leergang (1978) luidt:
Steeds duidelijker gaat men inzien dat de kennis van de natuurwetenschappen de basis is voor een
verdere technische ontplooiing. Anders gezegd: 'het begrijpen van de natuurwetten, en het doorzien van
de causaliteiten daarvan, vragen c.q. eisen in hun volle omvang de aandacht van het onderwijs'. Dit houdt
in, dat het aanbrengen van feitenkennis en het laten oplossen van vraagstukken, waarvoor een verfijnde
rekenvaardigheid nodig is, zoveel mogelijk - achterwege behoort te blijven om plaats te aken voor vragen
en opdrachten die een onderzoek instellen naar, en een appèl doen op het verkregen inzicht en het
hanteren daarvan. Bij de behandeling van de leerstof staat - zoals bovenstaande wil verklaren - het
bijbrengen van inzicht voorop. Om inzicht te verwerven moeten de leerlingen zelf leren waarnemen, zich
oefenen in kijken en luisteren en in het 'doen' met de handen. Een natuurkundepracticum met de
mogelijkheid om zowel 'demonstratieproeven' als 'leerlingenproeven' uit te voeren, zal hiertoe zeker
bijdragen. De leerlingen zullen dan meer emotioneel bij het onderwijs betrokken worden en zo door zelf
doen en zelf interpreteren komen tot zelf ontdekken. Waar mogelijk moet een beroep gedaan worden op
de inventiviteit van de leerlingen. Het lijkt ons waarschijnlijk dat velen zich zullen herkennen in dit
citaat. Sterker nog, veel leraren zullen misschien het gevoel hebben dat deze beschrijving ook op hun
lessen van toepassing is. Toch schuilen hier nogal wat addertjes onder het gras, die de kop opsteken als
we de betreffende leergang waar het citaat uit afkomstig is, preciezer bekijken. Dat geldt trouwens ook
voor andere leergangen, we komen daar nog op terug. Er lijkt ons dan nogal een kloof te zijn tussen wens
en werkelijkheid. Een kloof die we verderop nader zullen analyseren.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 10 van 28
In het citaat komen we een aantal trefwoorden tegen, die, sinds jaren, kernproblemen aangeven voor de
didactiek. We bedoelen, bijvoorbeeld, 'natuurkunde als basiskennis', 'feitenkennis en/of inzicht',
'zelfontdekkend leren en de rol van practicum', 'het belang van motivatie en emotionele betrokkenheid'.
Deze thema's komen uiteraard ook weer terug bij het zoeken naar een antwoord op de vraag naar de
basisvorming natuur- en scheikunde. Met name ook als het gaat om de door de WRR zo zeer begeerde
integratie van 'disciplinaire kennis' en 'werkelijkheidskennis'. Ze raken de kern van zowel de vraag naar
'het wat', de te Ieren vakinhouden, als naar die van 'het hoe', de te volgen didactiek. Bij onze bespreking
zullen we ook een koppeling leggen met de uitkomsten van vakdidactisch onderzoek, zoals dat de laatste
jaren is uitgevoerd. We zullen onze analyse vanuit twee gezichtspunten uitvoeren. Eerst zullen we ons
richten op de inhoud en aard van de (schoolvakken natuur-en scheikunde. Daarna gaan we dieper in op het
leren en onderwijzen daarvan.
1.3.2 Natuurkunde als (school-)vak
Als we de meest gebruikte natuurkunde-boeken voor MAVO, LBO en onderbouw HAVO/VWO naast
elkaar leggen dan zien we behoorlijke verschillen in diepgang. Dat zal ' uiteraard niemand verbazen. Op
sommige schooltypen in het huidige LBO wordt immers maar weinig natuurkunde gegeven. In de
onderbouw HAVO/VWO daarentegen is de omvang en diepgang van het behandelde aanzienlijk. De
basisvorming moet hierin dus nogal wat verandering brengen. Toch is er ook een grote overeenkomst te
bespeuren, namelijk in de structuur van de gebruikte boeken en programma's. Steeds blijkt het te gaan
om onderwerpen als: Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen; Mechanica; Warmte en energie; Elektriciteit
en magnetisme; Licht en geluid; Atoom en kernfysica. En ook de begrippen en regels die onder deze
onderwerpen vallen zijn, binnen een schooltype, vrijwel steeds gelijk. Alleen de wijze van behandeling
varieert wat. Het lijkt dus alsof er over de inhoud en de structuur van het schoolvak nauwelijks
meningsverschillen bestaan. De inhoud van de basisvorming kan dus voor natuurkunde niet zo'n
probleem vormen, zou men zeggen Weliswaar is het niveau van behandeling verschillend maar ook wat
dit betreft lijkt de omvang van de problematiek te overzien. Er zijn immers voornamelijk twee soorten
leerboeken, die voor LBO/MAVO en die voor onderbouw HAVO/VWO. Is daarmee ook niet een
bruikbare aanzet gegeven, zo zou een argeloze toeschouwer zich kunnen afvragen, voor de gewenste
twee differentiatieniveaus binnen de basisvorming? Echter, is het niet vreemd dat de toekomstige
loodgieter of timmerman, vooropgesteld dat die ook in de toekomst nog nodig zullen zijn, in principe
dezelfde natuurkunde moet leren als de toekomstige jurist of historicus? Welke natuurkunde is eigenlijk
zowel relevant voor een op direct praktisch handelen gerichte LBO-leerling, als voor de meer
verstandelijk theoretisch ingestelde vwo-a-leerling? (als we deze stereotypering tenminste mogen
gebruiken) In ieder geval zal die kennis dan zodanig moeten zijn dat praktijk en theorie op een voor beide
typen leerling als zinvol te ervaren wijze op elkaar betrokken moeten zijn. Welke praktijk leent zich voor
zo'n uitgangspunt? Dat kan niet de specifiek beroepsgerichte praktijk zijn, van welke groep leerlingen
dan ook. Het startpunt zal moeten liggen in de gemeenschappelijke werkelijkheid van alle leerlingen, dat
wil zeggen in de praktijk van alledag die hen bindt. En waarin de te leren natuurkundige kennis dus
tegelijkertijd een theoretisch verdiepende en praktisch bruikbare rol moet spelen. Komen we dan uit bij
het huidige natuurkunde onderwijs? Naar onze mening is dit niet het geval. Laten we daarom eerst eens
nagaan waar de inhoud van het huidige onderwijs eigenlijk van is afgeleid. Wat hoort eigenlijk tot
natuurkunde en wat niet? Waarom de eerder genoemde overeenkomst in inhoud en structuur? Dat wordt
duidelijk als we onze aandacht enkele stappen 'hoger' richten, op de wetenschappelijke natuurkunde. De
inhoud van het schoolvak op de verschillende schooltypen is het best te omschrijven als het resultaat van
een 'stapsgewijze verwatering' van de 'natuurkunde als fundamentele wetenschap'. Vanuit de natuurkunde
worden de basisbegrippen en theorieën van deze wetenschap vastgesteld, waarna het de taak van het
onderwijs is deze begrippen te onderwijzen. Gaande van 'hoger' naar 'lager' schooltype worden steeds
meer moeilijke begrippen weggestreept, of wordt het gewenste behandelingsniveau teruggebracht,
meestal naar een kwalitatiever niveau. Daarbij blijft de structuur van de wetenschappelijke discipline (de
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 11 van 28
vakstructuur dus) in grote lijnen behouden. Kon het zijn dat op het LBO in het verleden meer
praktijkgerichte overwegingen een rol speelden bij de keuze van natuurkundeleerstof, dan heeft de
nadruk op meer algemene vorming daar in feite een eind aan gemaakt. Natuurkunde hoort daar immers
nu tot de theorievakken en dat weerspiegelt zich in de leerboeken. De theorie van de natuurkunde, zoals
juist aangeduid, is ook daarin nu uitgangspunt en doel op zich geworden. De basisbegrippen van de
wetenschappelijke natuurkunde zijn in deze visie kennelijk noodzakelijke basisvorming voor praktisch
alle leerlingen! Welnu, is daar dan iets mis mee? In principe misschien niet, maar dat uitgangspunt moet
dan wel reëel en haalbaar
zijn voor al die leerlingen. En daar lijkt het nogal aan te schorten, gezien zowel de geringe populariteit
van het vak op school, als de ervaren moeilijkheidsgraad. Immers natuurkunde wordt nogal eens gezien
als het moeilijkste, meest tijdrovende en minst leuke vak op school. Niet bepaald een image om trots op te
zijn, zeker niet voor een vak dat in de basisvorming moet worden opgenomen. Laten we om mogelijke
oorzaken van dit image op het spoor te komen, daarom straks nog wat verder kijken naar die 'natuurkunde
als fundamentele wetenschap' zelf. Maar eerst willen we onze aandacht even verleggen naar de
scheikunde.
1.3.3 Het (sdool-)vak scheikunde
Veel van wat hiervoor gezegd is voor natuurkunde, geldt evenzeer voor het vak scheikunde. Wat dat
betreft kunnen we dus kort zijn, en ons beperken tot het aanstippen van enkele belangrijke verschillen.
Zo'n belangrijk verschil zit bijvoorbeeld in de vakstructuur en de wijze waarop in het onderwijs
aangesloten kan worden bij de ervaringen van leerlingen. Zoals al gezegd, vinden we in de
natuurkundeboeken steeds een zelfde opdeling in onderwerpen: mechanica, elektriciteit, magnetisme,
optica, etc. Deze indeling weerspiegelt de relatieve zelfstandigheid van deze gebieden, en ook dat ze in
eerste instantie historisch ontstaan zijn als beschrijving van onafhankelijk te ervaren, 'direct'
waarneembare verschijnselen. Ze weerspiegelen als het ware 'zintuiggebieden'. In de loop der
geschiedenis zijn er tussen deze gebieden ook dwarsverbanden gegroeid, bijvoorbeeld de
energiebehoudswet om een zeer belangrijke te noemen. Maar ook is er de ontwikkeling geweest van de de
'directe' ervaring beschrijvende theorieën, naar de 'diepere', verklarende deeltjesmodellen van de
twintigste-eeuwse atoom- en kernfysica. In de leerboeken vinden we deze, afgezien van enkele
didactische uitglijers, dan ook altijd aan het eind. Het lijkt er dus op dat het natuurkunde-ondcrwijs in
principe kan aansluiten bij een veelheid van fenomenologische ervaringen, die met een overeenkomstige
veelheid van beschrijvende theorieën beschreven kunnen worden, en die vervolgens samenvattend
verklaard kunnen worden op deeltjesniveau. Welnu, is dat voor de scheikunde dan niet zo?
In de scheikunde ligt de zaak inderdaad anders. Men y-cgt niet voor niets dat de moderne chemie eigenlijk
pas begonnen is met het door Lavoisier geformuleerde principe van elemcntbehoud en de verklaring
daarvan met behulp van de atoom- en molecuultheorie van Dalton. Begrippen als element, verbinding,
zuivere stof en chemische reactie werden daardoor onmisbare basisbegrippen voor de chemie. ledere
inleiding tot chemie als wetenschap moest, sinds Lavoisier en Dalton, beginnen met het introduceren van
deze begrippen. Voorstellingen van atomen en moleculen leken daar onverbrekelijk mee verbonden. Het
hoge abstractieniveau dat nodig is om zich deze begrippen en voorstellingen eigen te maken, vormt een
klassiek en in wezen nog steeds onopgelost probleem van beginnend scheikunde-onderwijs.
Is het bijvoorbeeld nog zo dat in het natuurkunde-onderwijs verschijnselen -bijvoorbeeld allerlei soorten
bewegingen en krachten - voor leerlingen, op ervaringsniveau kunnen samenhangen, in het scheikundeonderwijs echter zullen ervaringen met allerlei chemische verschijnselen zoals vuurwerk afsteken, plakken
met twee-componentenlijm, of zelfs 'spijsverteren' - alleen maar samenhang vertonen voor diegenen die
het chemische-reactiebegrip al grotendeels gevormd hebben. Het wordt dan begrijpelijk dat de
'verstaanbaarheidskloof' tussen chemicus en leerling nergens in het scheikunde-onderwijs zo groot is als in
het begin.
De ontwikkeling van een onderwijs-bepalende vakstructuur blijkt het best uit veranderingen in de
inhoud en indeling van schoolboeken. We hebben voor het vak scheikunde een aantal
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 12 van 28
schoolboeken uit de periode van ongeveer 1920 tot nu bekeken, op zoek naar een vakstructuur en
de ontwikkeling daarvan. Het eerste begrip dat scheikundeboekjes uit een lange periode, ruwweg
tot 1960. aan de orde stellen is het begrip 'scheikunde' zelf. En het is opvallend dat daarbij altijd
naar natuurkunde wordt gekeken. Niet het eigen karakter wordt benadrukt, maar het verschil met
natuurkunde. En meestal is natuurkunde dan het vak van de tijdelijke veranderingen, terwijl
scheikunde blijvende, althans meer fundamentele veranderingen onderzoekt. Daarmee wordt dan
de chemische reactie bedoeld, waarmee de scheikunde een eigen gezicht krijgt. Al snel na
kennismaking met het begrip chemische reactie wordt de ontledingsreactie geïntroduceerd, en
daarna ook het begrip onontleedbare stof. Daarmee zijn we bij de elementen en dan is er ook al
gauw de atoomtheorie, die beschrijft hoe elementen in verbindingen aanwezig zijn, namelijk als
atomen in moleculen. Ondanks de problemen die wij tegenwoordig zien, is de begrippenreeks
'scheikunde chemische reactie - ontleding - element' kenmerkend voor het begin van vrijwel alle
scheikundeboekjes uit de genoemde periode. Na deze inleiding volgt dan gewoonlijk een
welhaast encyclopedische bespreking van een groot aantal elementen, onder andere aan de hand
van het periodiek systeem.
Na 1960 treden er accentverschuivingen op in de vak structuur van het scheikundeonderwijs. Het begrip 'stof wordt als didactisch probleem erkend. Een chemische betekenis van
stof is nodig om het reactiebegrip te onderbouwen. Dat leidt tot introductie van de begrippen
'zuivere stof' en 'stofeigenschap' en tot behandeling van scheidingstechnieken. Tegenwoordig
wordt de basis van het scheikunde-onderwijs gevormd door de begrippenreeks
'stofreactieelement' en dit drietal bepaalt grotendeels het onderwijs in het eerste leerjaar
scheikunde in de verschillende schooltypen. Wij zien ditbegrippentrio als de vakstructuur van het
eerste (en enige) onderbouw-leerjaar scheikunde. De vakstructuur in de hogere klassen bestaat
voornamelijk uit een verdere uitwerking van het centrale begrip 'chemische reactie. Die
uitwerking bestaat uit een verbreding (meer voorbeelden), en verdieping (meer aspecten, zoals
warmte-effect, reactiesnelheid, etc.) en, vooral in het vwo, een verdere begrenzing. Met dat
laatste bedoelen we dat, behalve het elementbehoud, ook thermodynamische en kinetische criteria
bepalend blijken te zijn voor het wel of niet optreden van oen bepaalde reactie onder bepaalde
omstandigheden. De accentverschuiving sinds 1960 heeft in de hogere klassen vooral betrekking op het
terugdringen van beschrijvende chemie, met name in de vorm van een systematische behandeling van
elementen en hun verbindingen, en een verder opdringen van over koepelende algemene theorieën. Weer
later, sinds ongeveer 1970, groeit de aandacht voor chemie in het dagelijks leven (veiligheid,
milieuproblematiek) maar de behandeling van deze onderwerpen blijft plaatsvinden in het kader van de
eerder beschreven vakstructuur.
Men kan zich nu afvragen wat de relevantie van het voorgaande is voor onze bespreking van de
basisvorming. We willen laten zien dat in het vwo een zekere samenhang zichtbaar wordt, over de vier
leerjaren waarin scheikunde onderwijs gegeven wordt, in de wijze waarop het reactiebegrip
geïntroduceerd wordt. Op vragen die de leerling in de derde klas kan stellen, over wat wel en niet kan
reageren, wordt in de hogere klassen inderdaad een antwoord gegeven. Kijken we naar het schoolvak
scheikunde op HAVO en MAVO, dan vinden we daar dezelfde vakstructuur, maar gezien de geringere tijd
in een onvoltooide vorm. Op grond van de doorstroommogelijkheden die in de hogere leerjaren van het
voortgezet onderwijs gegarandeerd moetenzijn, is deze keuze voor een zelfde vakstructuur goed te
verdedigen. Alhoewel het er wel naar uitziet dat de leerlingen die niet doorstromen of scheikunde niet in
hun eindexamenpakket kiezen, daarvan min of meer de dupeworden.
Voor de basisvorming speelt dit doorstromingsargument nauwelijks een rol en zijn we dus vrij om
ons af te vragen of de huidige vakstructuur wel de meest geschikte is. Uit vergelijking van voor en na
1960 blijkt dat de huidige structuur meer gericht is op het bereiken van een hoger 'wetenschappelijk'
niveau en minder uitgaat van een fenomenologische behandeling. Het is zeer de vraag of dit juist voor
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 13 van 28
de basisvorming een wenselijk standpunt is. Zeker als wc meer willen uitgaan van de denkbeelden en
denkwijzen waarmee leerlingen het onderwijs binnenkomen. Dit probleem van de aansluiting bij
aanvankelijke denkbeelden van leerlingen verdient daarom eerst enige speciale aandacht.
1.3.4
Over natuurwetenschap, techniek en leefwereld
1.3.4.1 Over het verklaren van de natuur
Omdat uit het voorgaande blijkt dat, zowel in het natuurkunde- als in het scheikunde-onderwijs, de
fundamentele wetenschap een dominerend uitgangspunt is, kan het misschien nuttig zijn eens wat
langer bij deze wetenschap stil te staan. In de natuurwetenschap, en daarmee bedoelen we nu vooral
natuur-en scheikunde, gaat het, althans in de fundamentele variant, al sinds eeuwen om het verklaren
van de natuur. Dat is het hoofd-mohe/van waaruit gedacht en gewerkt wordt. Daarbij beperken noch de
natuurkunde noch de scheikunde, zich tot de 'dode natuur', zoals veel schoolboeken ons willen doen
geloven, maar ze richten zich op de hele natuur. Dus op alles wat de mens om zich heen ziet en in eerste
instantie niet door hem gemaakt is Deze natuur probeert de natuurwetenschap te beschrijven en steeds
diepgaander te verklaren. Ze doet dat door het opstellen van wetten en theorieën, die pretenderen alge
meen geldig te zijn. De natuur- en scheikundige begrippen zi,n zelfs zo algemeen dat ze in principe
toepasbaar zijn op alles wat m 'ruimte en tijd' plaatsvindt. Dat is mogelijk doordat de natuurwetenschap
zich alleen richt op meetbare en daarmee objectiveerbare grootheden en processen Op datgene wat in
een veelheid van natuurverschijnselen gemeenschappelijk en herhaalbaar is. En via metingen uit te
drukken m wiskundige relaties. De natuurwetenschap is hier zeer succesvol in geweest, zozeer zelfs dat
in de loop der tijd het onderwerp van studie als het ware verschovenis van de 'direct(?)' waarneembare
natuurfenomenen naar de dieper liggende 'structuur der materie'. Een structuur dus die zeker niet meer
'direct' waarneembaar is, maar alleen ' door middel van speciaal bedachte, meer of minder ingewikkelde
instrumenten in speciaal bedachte experimenten (eigenlijk geldt dit al vanaf Calilei!). En die dan ook
zelf niet zomaar 'ontdekt', maar eigenlijk 'geconstrueerd' wordt. Bij dit zoeken naar steeds diepere,
steeds algemenere verklaringen, doet zich in zekere zin een merkwaardige paradox voor. In de
natuurwetenschap wordt de wereld van het bekende, dat wil zeggen van de 'directe' verschijnselen, als
het ware steeds dieper verklaard door steeds onbe kendere, steeds verder van die verschijnselen
afstaande 'constructen'. Immers, of het nu gaat om krachten of elektrische lading, om elektronen of
atomen, om elementen ofredoxreacties, of om quarks en gluonen, het zijn theoreti sche begrippen, die
niet, en in zekere zin steeds minder, direct waarneembaar zijn. Alleen door ermee te werken kan men
ermee vertrouwd raken en in hun bruikbaarheid en realiteit gaan geloven. Deze begrippen en theorieën
ontlenen hun bestaansrecht aan het feit dat ze werken, dat ze ook datgene met elkaar in verband blijken
te brengen wat eerst onsamenhangend leek. Maar dan wel alleen voor diegenen die door de bril van
deze begrippen en theorieën naar de verschijnselen hebben leren kijken. Zo zijn een vallende appel, de
draaiing van de maan rond de aarde, en eb en vloed alle drie, sinds Newton, voorbeelden van de
werking van de gravitatiekracht. Maar tot die tijd zag niemand deze gemeenschappelijke achtergrond,
waren het aparte zaken. Net zo zijn tegenwoordig zowel de bliksem, een elektrische vonk, als een TLlamp, te beschouwen als gasontladingen, waarvan de werking netjes op atomaire schaal beschreven kan
worden. Hoe succesvol de natuurkunde geweest is in dit proces van idealiseren, kwantificeren en
mathematiseren blijkt wel uit het feit dat men tegenwoordig zelfs probeert om het ontstaan en de
evolutie van het hele heelal als het ware in één formule samen te vatten. Toch blijkt daaruit ook tegelijk
de zwakte van de natuurwetenschap. Ze beschrijft immers niet de volledige natuur. Ze kijkt met een
heel bepaalde, beperkte enin zekere zin arme blik; gericht op het 'ding-aspect' in de natuur en juist niet
op het 'menselijke aspect'. 'Arm' bedoeld in die zin dat we door ons te richten op het algemene en
meetbare in de natuur, tegelijkertijd moeten afzien van het specifieke, het individuele en het subjectieve.
Ook hier lijkt dus een zekere paradox aanwezig te zijn. Om deze verrijkende kennis omtrent de natuur
te kunnen verkrijgen, moeten we juist een verarmende manier van kijken hanteren.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 14 van 28
Waarom is het nu belangrijk hier zo lang bij stil te staan? We moesten het toch hebben over natuur- en
scheikunde-onderwijs? Inderdaad, maar daarin moeten we ons dan wel realiseren dat de begrippen die we
de leerlingen willen leren vaak het resultaat zijn van soms eeuwen zoeken en tasten vanuit de boven
beschreven optiek. Deze natuurwetenschappelijke blik wordt, echter, vaak al bij onze leerlingen als
welhaast vanzelfsprekend voorondersteld, terwijl ze alleen maar het resultaat kan zijn van een lang
leerproces Daarmee verwaarlozen we het verschil tussen de natuurwetenschappelijke manier van kijken en
onze gewone manier van doen in onze dagelijkse leefwereld. 'Natuurkunde leren' en 'aansluiten bij de
leefwereld' is daaromveel problematischer dan vaak gesuggereerd wordt, ook door de WRR. Het is niet
alleen een kwestie van geschikte leerinhouden of, zo u wilt, van het kiezen van enkele geschikte
contexten. Het probleem zit dieper. Het heeft ook te maken met het ervaren van wat je leert en doet als
zinvol en bruikbaar. En het is nog maar de vraag in hoeverre de verklarende/wetenschappelijke begrippen
uit de natuuren scheikunde, in de basisvorming door leerlingen als zodanig ervaren kunnen worden.
1.3.4.2 Over hef pragmatische handelen in de leefwereld
Dat kan nu allemaal wel zo zijn, zult u misschien zeggen maar het is toch ook niet de bedoeling om van
leerlingen' natuurwetenschappers te maken? Zeker niet in de basisvorming! Het gaat er toch gewoon om
dat ze op school iets nuttigs leren wat ze ook kunnen gebruiken, en dan vooral
buiten school. En om dit doel te kunnen bereiken moeten we aansluiten bi, hun buitenschoolse
leefwereld. Toch blijkt dit doel vooralsnog heel moeilijk bereikbaar. Dat heeft dan natuurlijk ook
te maken met de manier waarop gewerkt wordt m het huidige onderwijs. De volgende twee
voorbeelden mogen dit illustreren. Als, in een natuurkundeboek (983) voor de tweede klas
MAVO, op p.10 'geconcludeerd wordt dat: -Het kleinste deeltje van een stof is een molecuul.
Ieder molecuul bezit ALLE eigenschappen van de stof', en: 'Alle stoffen zijn opgebouwd uit
elektronen, protonen en neutronen', dan kan dit niet meer zijn dan een mededeling (die
bovendien feitelijk onjuist is), die de leerlingen best uit hun hoofd kunnen leren, maar waarvan
ze, op dit moment, de betekenis en de draagwijdte gewoon niet kunnen begrijpen. Laat staan dat
ze dit als bruikbare kennis zouden kunnen ervaren. Ditzelfde probleem doet zich voor als we in
een L-ro-leergang uit 1978 lezen (in deel i, p. 32!) dat de natuurkundige zich bezig houdt met het
bestuderen van verschijnselen en deze tracht te verklaren met behulp van proeven, waarbij hij
goed moet waarnemen. Waarna de leerling hetzelfde moet gaan doen. Dit kan niet aansluiten bij
wat een leerling weet, kan of zinvol vindt vanuit zijn leefwereld. Niet alleen op grond van de
inhoud van de beweringen, maar ook omdat de 'aard van het denken' dat gevraagd wordt, zo
verschilt van de 'aard van het denken' in de leefwereld. In ons gewone dagelijkse doen en denken
zijn we immers in de eerste plaats doelgericht bezig en dan vooral op de korte termijn. We doen
een bepaalde klus omdat die moet gebeuren, zonder ons gewoonlijk verder over de diepere
achtergrond druk te maken. Dat wordt wel het pragmatisch motief van praktijkgebonden
handelen genoemd. Het is niet gericht op verklaren, of op reflectie, maar op doen. Voor zover de
leefwereld daarbij als problematisch wordt ervaren, gaat het erom dit problematische direct op te
lossen. Als dit lukt is het doel bereikt, zo niet, dan proberen we iets
anders. Welnu, aansluiten bij de leefwereld betekent ook aansluiten bij dit pragmatische motief. Dat
betekent voor ons onderwijs dat we uitgaan van wat belangrijk is voor het functioneren in de leefwereld.
In eerste instantie niet om die leefwereld te kunnen verklaren, maar om daarin beter te kunnen handelen en
je op je gemak te voelen. Daarbij zullen we dus ook moeten uitgaan van de doelen en motieven van
leerlingen ten aanzien van het vak, en niet van die van natuurwetenschappers. Nu moeten wc deze directe
'handelingswaarde' van natuur- en scheikundige kennis ook niet overschatten. In veel situaties uit onze
leefwereld kunnen we ook prima volstaan met 'gezond verstand' gebaseerd op directe 'onbereflecteerde'
kennis. We zullen dus zorgvuldig moeten zoeken naar situaties die enerzijds op zichzelf zinvol zijn voor
leerlingen, en waarbinnen anderzijds functionele natuur- en scheikundige kennis te ontwikkelen is.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 15 van 28
Daarmee bedoelen we dat deze kennis dan nog met de algemene 'wetenschappelijke' kan zijn, maar dat het
nog gaat om situatiegebonden, op te ervaren bruikbaarheid gerichte begripsvorming. Speelt -verklaren
enreflectie daar dan geen rol in? Wel degelijk maar aan het eind van het leerproces, en niet aan het begin
Het onderwiJs moet dit verklaringsperspectief mede ontwikkelen/maar er met van uitgaan. In hoeverre dit
kennis- en denkniveau haalbaar is in de basisvorming, kan uiteindelijk alleen proefondervindelijk
vastgesteld worden.
1.3.4.3 Meer aandacht voor techniek?
Als oplossing van het probleem van door leerlingen te ervaren relevantie van het geleerde, wordt
tegenwoordig vaak aandacht gevraagd voor de techniek en Se technologie. Nu is dat voor de natuurkunde
een grotere aanpassing dan voor de scheikunde. In de scheikunde immers kan schelden nauwelijks
losstaan van samenvoegen. Of, anders gezegd, analyse en synthese, meten en maken gaan daarin vaak
samen. In de natuurkunde echter worden verklaren en toepassen altijd uit elkaar gehouden. Het ontwerpen
van technische apparaten, hoe moeilijk ook, en hoeveel kennis er ook voor nodig is, werd en wordt toch
nog vooral gezien als toepassing van en niet als behorend tot de natuurkunde. Een belangrijk voordeel van
techniek in het natuur- en scheikunde onderwijs, juist voor de basisvorming, kan zijn de ruimere
mogelijkheid die dit biedt voor 'doe en maak" activiteiten. Immers, ontwerpen, maken, uittesten en
optimaliseren van apparaten zijn geheel andere activiteiten dan op verklaring gericht onderzoeken en
leren. Daarmee biedt techniek in ieder geva1 interessante differentiatiemogelijkheden. Toch moet men
van een verhogend effect onde rdevantiebeleving door de techniek, in zijn algemeenheid, ook weer niet te
veel verwachten. Immers, in onze leefwereld zijn we weliswaar praktisch voortdurend omgeven door de
wonderen der techniek, maar we hebben daarook op een aangepaste wijze mee om leren gaan. We weten
aan welke knoppen we wanneer wel en wanneer niet moeten draaien, en dat is meestal voldoende voor
probleemloos functioneren. Mocht zich onverwacht wel een probleem voordoen, dan rest ons meestal
niets anders dan een gang naar de deskundige. Behandeling van het werkingsprincipe, wat vanuit het
verklaringsmotief de gebruikelijke gang van zaken is op school, kan daar meestal niet veel aan
veranderen. Dat betekent dat de functionaliteit van dit soort, binnen natuur- en scheikunde geleerde,
technische kennis in de leefwereld beperkt is. Ofwel het gaat om verklaring van de werking van
technische apparaten, bijvoorbeeld de notenkraker, die vanuit de leefwereld eigenlijk geen verklaring
behoeven, of het gaat om het werkingsprincipe van technologisch ingewikkelder zaken. In beide gevallen
nemen de directe handelingsmogelijkheden in de leefwereld echter niet veel toe. Aandacht voor techniek
zou hier echter, vooral in het beginonderwijs, wel in moeten resulteren. Dit vraagt om een heroriëntering
van de plaats die techniek in natuur- en scheikunde-onderwijs kan innemen. Ook zou de
beroepsoriënterende functie die aandacht voor techniek kan hebben, verder moeten worden uitgebouwd.
Te bezien valt nog in hoeverre deze rollen toebedeeld gaan worden aan het aparte vak techniek.
1.3.4.4
Uitgaan van de verschijnselen?
Vanuit de gedachte van aansluiting bij de leefwereld wordt, zoals gezegd, gepleit voor meer
aandacht voor techniek en maatschappelijke problemen in het onderwijs. Hoewel deze zaken
natuurlijk ook op zichzelf belangrijk zijn. Zelfs is vanuit deze gedachtengang het opheffen van de
schoolvakken en een herverdeling in leergebieden voorgesteld. Een voorstel wat overigens niet is
overgenomen voor de basisvorming, en terecht, ons inziens. Voor het natuur- en scheikundeonderwijs schuilt in deze gedachtengang. 'weg van de natuur', eigenlijk opnieuw een
merkwaardige paradox. Immers, als de inhoud van dit vak inderdaad betrekking heeft op de
gehele natuur, waar we dagelijks, overal en altijd mee te maken hebben, sterker nog, waar we
niet eens omheen kunnen zelfs als we dat zouden willen, hoe kan het dan dat dit vak met relevant
zou zijn voor de leefwereld? Dat kan dan toch niet zijn oorzaak hebben in de inhoud van het
vakdat moet dan toch vooral te maken hebben met wat er in het onderwijs van gemaakt wordt? In
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 16 van 28
het natuurkunde-onderwijs in Duitsland is enige jaren geleden de noodkreet geslaakt Rettet die
Phanomene. Daarmee werd bedoeld dat in het onderwijs langzamerhand totaal voorbij werd
gegaan aan de natuurverschijnselen zelf. Leerlingen worden met meer gebracht tot verwondering
over de natuur en vervolgens tot het stellen van vragen die om een verklaring vragen. Nee, van
begin af aan wordt in het onderwijs getraind in het beheersen van een formalisme waaraan de
basis, en dus de zin, ontbreekt. Het onderwijs (ver)wordt daarmee tot een gesloten systeem: een
training in het formalisme om het formalisme. En alleen diegenen die dit formalisme al volledig
beheersen kunnen nog verband eggen met de reële werkelijkheid. Geen wonder dat veel
leerlingen daartoe niet in staat zijn, en voor hen kan de natuur- en scheikunde dan ook niet veel
anders zijn dan een verzameling regels en wetten die blijkbaar gelden binnen de muren van het
schoollokaal. Deze beschrijving is, ons inziens, zeker net zo toepasbaar voor de Nederlandse
situatie als voor de Duitse. Ook in onze schoolboeken wordt nauwelijks uitgegaan van de
natuurverschijnselen zelf, die om een beschrijving en een verklaring vragen. Alhoewel het
probleem van het opwekken van de daarvoor benodigde verwondering bij leerlingen, zoals
hierboven al betoogd, zeker niet moet worden onderschat Maar, vraagt u zich misschien af, in het
voorgaande werd toch het belang van bruikbare kennis benadrukt, om aansluiting te vinden bij de
wereld van de leerlingen? Verklaren kwam toch pas later? Inderdaad, maar welke kennis is
bruikbaarder dan die welke antwoord geeft op eerst gestelde vragen. Die ingaat op door
leerlingen als authentiek ervaren problemen. Dan gaat het immers om de verklaringsbehoefte van
leerlingen, waar op aangesloten kan worden, en niet om de verborgen verklaringsdwang van het
boek of de docent. Op gepaste wijze uitgaan van ervaringen met natuurverschijnselen moet in het
onderwijs de binding met de realiteit, ook voor leerlingen, toch weer voelbaar
kunnen maken?
1.3.4.5 'Reële contexten afs oplossing?
In het voorgaande hebben we gewezen op de dominerende invloed van de wetenschappelijke vakstructuur
op het huidige onderwijs in de natuur- en scheikunde. Tegelijk hebben we daarmee, onzes inziens, een
centraal probleem voor de basisvorming in dit vak beschreven, omdat deze invloed gepaard gaat met een
voor leerlingen moeilijk te overbruggen afstand tot hun werkelijkheid. Op grond daarvan willen we
stellen dat de basisvorming in ieder geval vraagt dat we uitgaan van reële situaties, die voor leerlingen
herkenbaar zijn, en zinvol gemaakt worden. Dit vraagt om een zorgvuldige keuze, waarin ook de
motieven van leerlingen om überhaupt met een vak als natuur- en scheikunde bezig te willen zijn, zwaar
moeten wegen. Tegenwoordig wordt voor deze situaties vaak de term contexten gebezigd. Van daaruit zal
het leerproces moeten starten. Dit geldt net zo goed als het gaat om natuurverschijnselen of om technische
en beroepsoriënterende zaken als om maatschappelijke problemen. Het doel van het leerproces zal daarbij
duidelijk moeten zijn, ook voor leerlingen, en de noodzakelijke interesse zal gewekt moeten worden. Dat
is in eerste instantie de taak van de leraar, de contexten kunnen daarbij helpen, maar de leraar daarin niet
vervangen. Ook bij behandeling in contexten, zal aan de context een voor leerlingen zinvolle
problematisering moeten worden verbonden. Dat gaat niet vanzelf. Een leerling die het tandenpoetsen als
een vervelende bezigheid ervaart, zal niet vanzelf nieuwsgierig worden naar de samenstelling van de witte
pasta. De relevantie voor en de toepasbaarheid in de leefwereld zal dus onderdeel van het onderwijs
moeten uitmaken. Reële contexten moeten dus niet alleen startpunt maar ook eindpunt zijn van het
leerproces. Maar daarmee zijn nog niet alle problemen opgelost, zoals uit het volgende zal blijken.
1.3.4.6 Over het leren van natuur- en scheikunde
De laatste jaren wordt er veel vakdidactisch onderzoek gedaan naar de problemen die leerlingen hebben
met het leren van natuur- en scheikunde. Dit onderzoek levert zowel teleurstellende als verrassende
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 17 van 28
resultaten op. Teleurstellend in die zin dat telkens weer blijkt dat allerlei nieuwe ideeën die in de
afgelopen tijd in diverse landen zijn ontwikkeld, slechts zelden tot blijvende verbeteringen in het
onderwijs blijken te leiden. Dat noopt dus tot bescheidenheid. En verrassend in de zin dat dit onderzoek
een grote hoeveelheid informatie oplevert over het leren van leerlingen. Daarmee wordt misschien de
mogelijkheid geopend om in de toekomst tot beter geslaagde didactische vernieuwingen te komen. Laten
we nu eerst eens enkele van de bedoelde onderzoeksresultaten bespreken, om er daarna een moraal en
conclusies aan te verbinden. In wat volgt zullen we een uiterst beknopte 'samenvatting' geven van een
aantal onderzoeken, die steeds tot doel hadden om na te gaan wat voor ideeën leerlingen hebben bij
natuurkundige en/of scheikundige verschijnselen en begrippen. Soms ging het daarbij om zogenoemde
intuïtieve denkbeelden, ook wel alternatieve of voorschoolse ideeën genoemd. Dat wil zeggen datgene
wat leerlingen denken over die verschijnselen en begrippen, nog voordat in het onderwijs daaraan
aandacht is besteed. Vaak ging het er echter ook om om te kijken wat leerlingen nu eigenlijk van het
onderwijs hadden opgestoken. En soms ook om preciezer te weten hoe er in het onderwijs geleerd wordt.
Eén van de verrassende uitkomsten was steeds dat veel van de teleurstellende onderwijsresultaten te
begrijpen zijn vanuit de kennis van deze intuïtieve denkbeelden. Deze blijken vaak, zoals wel gezegd
wordt, zeer resistent te zijn tegen beïnvloeding door onderwijs. Of beter, tegen het onderwijs zoals dat
gegeven werd, want misschien kan het wel beter. Daarop komen we zo dadelijk terug, maar eerst willen
we enkele va n deze denkbeelden kort weergeven. We doen dit voor een aantal onderwerpen uit de
natuurkunde, zonder ook maar enige mate van volledigheid te willen nastreven.
1.3.4.7 Elektrische stroom
In een interview werd aan leerlingen gevraagd: 'Waar blijft de stroom die een lamp in gaat?' Daarop werd
geantwoord: 'Terug naar de batterij'; 'Die gaat rond in een kring', wat op zich acceptabele antwoorden
zijn. Maar er waren ook andere antwoorden, zoals: 'Die wordt omgezet in energie… warmte en lichtenergie'; 'Die is opgebruikt'; 'Die wordt gebruikt om warmte en licht te maken'. Hier is van het
natuurkundige idee dat de stroomsterkte in een kring overal dezelfde waarde heeft dus niet veel te
bespeuren. Nu valt er op de vraag misschien ook wel wat aan te merken, maar toch hadden deze
leerlingen dit wel 'gehad'. Verdere analyse liet zien dat leerlingen diverse 'modellen hanteren voor het
beschrijven van de stroom in een elektrische kring. Bijvoorbeeld: 'het éénrichtingsidee', dat wil zeggen de
stroom gaat: uit een batterij, door een draad, naar een lamp, en houdt dan op; 'het botsende-stromenidee',
stroom komt zowel uit de positieve als uit de negatieve pool van de batterij (de positieve en de negatieve
stroom) en deze stromen ontmoeten elkaar dan in de lamp; 'het stroomverbruik-idee': de stroomsterkte is
na doorgang door een lamp afgenomen omdat de lamp een deel van de stroom heeft verbruikt.
Uit onderzoek met vragenlijsten onder grote aantallen leerlingen van verschillende leeftijden, bleken dit
soort ideeën, zowel voor als na het onderwijs veelvuldig voor te komen. Natuurlijk was er wel verbetering,
maar toch veel minder dan verwacht. Vooral het spanningsbegrip bleekwelhaast onoverkomelijke
problemen op te leveren en niet los te denken van stroom. Een onderzoeksuitkomst die in verschillende
landen, met dus heel verschillende leerlingen en onderwijs, toch steeds ruwweg hetzelfde bleek te zijn.
Kracht en beweging Erg veel aandacht is ook besteed aan onderzoek naar begrippen uit de mechanica. Dit
gebied blijkt wel uiterst moeilijk te zijn voor leerlingen en hun denken hierover is vol van allerlei
natuurkundig niet juiste ideeën. Ook nadat ze 'het toch gehad hebben'. Krachten hebben, intuïtief gezien,
vooral te maken met levende dingen, alsof iets levend moet zijn om een kracht te kunnen uitoefenen. Om
een voorwerp in beweging te houden moet je voortdurend een kracht blijven uitoefenen. Immers, 'als je
iets niet dwingt te bewegen, dan doet het dat niet'. En ook, hoe groter de kracht die je uitoefent, hoe groter
de snelheid waarmee iets beweegt. Iets beweegt altijd in de richting van de kracht. Dus als iets omhoog
beweegt, zoals een omhoog gegooide bal, dan moet er ook voortdurend een kracht omhoog werken, eerst
bijvoorbeeld de kracht van de hand en daarna de 'kracht die de bal heeft meegekregen' Als een voorwerp
stil ligt, dan werkt er ook geen kracht op. Een voorwerp dat in beweging gebracht is, krijgt als het ware
kracht mee, die langzaam opgebruikt wordt bij het afremmen en tot stilstand komen. In het geval van een
actie en een reactiekracht volgt de laatste op de eerste. De actie moet dan ook de reactie overwinnen, wil
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 18 van 28
er iets kunnen gebeuren. Zwaartekracht werkt alleen in de atmosfeer, dus m lucht. Onder water of in de
ruimte is geen zwaartekracht etc.
Aldus enkele voorbeelden van 'alternatieve' mechanica denkbeelden.
1.3.4.8 Energie en warmte
Energie wordt door leerlingen vaak gelijkgesteld met kolen, gas of olie. Of, energie is iets dat je krijgt uit
voedsel en dat opraakt als je moe wordt. Energie heb je nodig om actief te kunnen zijn, dat wil zeggen om
dingen te kunnen doen. btilstaande voorwerpen kunnen dan ook geen energie hebben, bewegende
eventueel nog wel. Energie is iets dat ook nodig is om veel apparaten te laten werken Dat daarom
opgewekt wordt (ontstaat) in centrales of opgeslagen wordt in batterijen en dat vervolgens verbruikt wordt
En dus opraakt. Energie speelt een belangrijke rol in kunstmatige technische processen. Dat in
tegenstelling tot natuurlijke processen waarin voor energie geen rol is weggelegd. Energie is 'iets
materieels', dat kan stromen net als warmte. Warmte is nodig om je warm te houden'of om te verwarmen.
Als je iets warm houdt moet je er meer warmte m stoppen dan het verliest, anders koelt het af.
Verwarmen en afkoelen zijn trouwens twee verschillende zaken. Het ene doe je met warmte, is iets wat
gedaan moet worden door mensen of apparaten. Het ander gaat vanzelf. Warmte ontsnapt naar buiten, als
je buiten bent, maar als je binnen bent komt er kou binnen. Temperatuur en warmte worden niet
onderscheiden als verschillende zaken. Verwarmen en warm houden zijn eigenlijk twee uitdrukkingen
voor hetzelfde.
Deeltjes
Het gebruik van een deeltjesmodel blijkt voor veel leerlingen grote problemen met zich mee te brengen.
De simpele mededeling dat lucht uit deeltjes bestaat met daartussen 'niks', is welhaast onbegrijpelijk.
Immers, wat kan er anders tussen deze deeltjes zitten dan stof, of lucht of andere deeltjes. Desnoods
andere gassen, zoals zuurstof en stikstof. In intermoleculaire ruimten van een vaste stof is de situatie
eenvoudiger, daar zit gewoon lucht in. Dat deeltjes altijd in beweging zouden zijn is moeilijk voorstelbaar,
want ze worden moe of houden gewoon vanzelf op met bewegen. Er is immers niets wat ze in beweging
houdt? Deeltjes krijgen als vanzelfsprekend de eigenschappen toegedicht van het geheel waar 7.0 deel van
uitmaken. Zo is een watermolecuul niets anders dan een klein druppeltje water, het bevriest of verdampt
en is vloeibaar. Net zo als een ijzeratoom roest en dan bruin wordt, etc. Kortom het beschrijven van
verschijnselen door middel van een verklarend deeltjesmodel, dus door middel van onzichtbare
gedachtenconstructies, levert veel meer problemen op dan we op grond van de leerboeken zouden
verwachten.
Deze laatste opmerking brengt ons bij de overgang naar de didactische consequenties van de beschreven
uitkomsten. Ze geldt trouwens voor alle onderwerpen uit de natuur- en scheikunde, en niet alleen voor het
denken in deeltjes. Kennelijk is er iets mis met ons onderwijs, wat velen misschien wel gevoeld hebben,
maar wat toch nooit zo duidelijk naar voren is gekomen. Voor we ingaan op deze consequenties lijkt het
echter nuttig om ons eerst af te vragen wat
de achtergrond is van de beschreven denkbeelden. Waarom komen ze voor?
De denkbeelden die beschreven zijn, zijn niet zomaar willekeurig. Veel leerlingen en ook veel
volwassenen blijken vaak zo te denken. En soms ook u en wij. Het zijn geen domme fouten, of iets
dergelijks. Ze weerspiegelen als het ware een zeker 'natuurlijk denken' over de natuur en techniek, zoals
iedereen die in zijn dagelijks leven ervaart. Daarbij moeten we bedenken dat in onze beschrijving nog
twee dingen door elkaar heen lopen. Onder 'natuurlijk' denken wordt, in zuivere vorm, eigenlijk verstaan
het denken over zaken voordat ze in het onderwijs aan de orde zijn geweest. Onze beschrijving is echter
ook voor een deel gebaseerd op wat veel leerlingen zeggen na onderwijs over het betreffende onderwerp,
daarmee de eerder genoemde 'resistentie' illustrerend. Welnu, iedereen wordt in zijn gewone leven
voortdurend geconfronteerd met 'natuurkundige' en 'scheikundige' ervaringen. Dat kan zijn door te
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 19 van 28
bewegen of je te laten bewegen, door elektriciteit in huis, door kranten of in gesprekken waarin over
energie gepraat wordt, door het leven in licht en donker, bij kunstlicht of zonlicht,
doorweersverschijnselen, door allerlei chemische verschijnselen, te veel om op te noemen. Ons hele leven
is ervan doordrongen. Op grond hiervan vormt ieder zich er een zeker beeld van. Dat hoeft niet zeer
bewust, integen deel, dit inpassen van dagelijkse ervaringen in je bewust zijn, of in je cognitieve structuur
zoals meestal gezegd wordt, gaat als het ware vanzelf, meestal ongemerkt. Dat is nu immers juist een
kenmerk van de leefwereld. Maar het gebeurt wel. Dit inpassen kan geleidelijk gaan, dan breidt je kennis
zich gewoon uit, maar het kan ook schoksgewijs gebeuren. Dat is het geval als nieuwe ervaringen niet
passen bij watje al dacht, of bij watje altijd als vanzelfsprekend had ervaren. Dan moet je soms daardoor
je kennis bijstellen, dat wil zeggen bekende zaken anders leren zien. Dit proces van inpassen in, en
aanpassen van onze 'cognitieve' structuur gaat voortdurend door. Zo Ieren wij en krijgen wij kennis van de
wereld om ons heen. Zo heeft ieder mens zich ideeën gevormd omtrent de natuurlijke en technische
verschijnselen van alle dag. Dit 'natuurlijke' denken kenmerkt zich niet door grote logische consistentie, of
diepgaande reflectie. Wel door een directe pragmatische zingeving, zoals we eerder hebben gezegd. Het
weerspiegelt in zekere zin de directe ervaring met de verschijnselen en met de manier waarop daar in de
omgeving over gepraat wordt. Dus zowel met de natuurlijke als de cultuurlijke omgeving. Het criterium
voor de 'juistheid' is letterlijk 'dat je er mee kunt leven' en 'je kunt aanpassen aan je omgeving'. Het je
kunnen handhaven in de wereld van alledag waarin je leeft. En niet of het een samenhangende verklaring
geeft van wat dan ook. Zeker niet van de natuur!
Ook hier is het zo dat de kennis die je al hebt, je verleden zogezegd, bepaalt wat je ervaart en hoe je dat
ervaart. Op grond daarvan groeit je kennis. Het is goed ons te realiseren dat het in de wetenschap net zo
gaat. Daar zeggen we dan dat de theorie de waarneming bepaalt, ook al wekken veel schoolproeven
precies de omgekeerde suggestie. Je kunt alleen datgene waarnemen wat je op grond van de theorie kent
en verwacht. Ofwel de bril die je op hebt bepaalt wat je ziet en kunt zien. Met deze bril komen de
leerlingen dus ook op school en die bepaalt dus ook wat ze daar kunnen horen en zien. Dat is in de
natuurwetenschap dus kennelijk niet anders dan in het dagelijks leven. Het verschil zit hom echter in de
aard en inhoud van de kennis en in het doel ervan.
Dat zien we als we de beschreven denkbeelden vergelijken met de 'echte' natuur- en scheikunde. Dan
blijken dezedenkbeelden, of deze 'werkelijkheidskennis' om met de WRR te spreken, natuurkundig
meestal geheel of gedeeltelijk onjuist te zijn en dus niet te kloppen met de 'disciplinaire' kennis. En dit
laatste lijkt ook niet altijd continu uit het eerste te kunnen worden ontwikkeld. De leefwereldmechanica
zoals eerder beschreven, bijvoorbeeld, geeft een direct zinvolle beschrijving van onze dagelijkse
ervaringen met 'krachten en bewegingen', alleen het is niet de beschrijving van de Newtoniaanse
mechanica. Om deze laatste te kunnen gebruiken als beschrijving van onze ervaring, moeten we deze
zelfde ervaring dus anders leren zien. We moeten onze ervaringen leren beschrijven vanuit de
natuurkunde, dat wil zeggen vanuit de theorie, en dat is niet hetzelfde als wat we zeggen vanuit de
leefwereld. Dit is een voorbeeld van wat hierboven bedoeld werd toen we zeiden dat de natuurkunde een
reconstructie geeft van de werkelijkheid.
Het belang hiervan voor de didactiek is zonder twijfel groot, maar ook nog weinig ontwikkeld. De
belangrijkste gedachten zijn dat leerlingen niet de school in komen als onbeschreven bladen, die door de
leraar alleen maar hoeven worden volgeschreven. Nee, leerlingen hebben reeds allerlei gedachten en
denkbeelden over de zaken waarmee ze in de natuur- en scheikundeles geconfronteerd worden. Deze
denkbeelden en motieven bepalen hoe ze het onderwijs ervaren, en wat ze ervan kunnen opsteken. Ieder
mens, dus ook een leerling op school, construeert betekenis van wat hij ervaart door inpassing in wat hij al
weet. Als datgene wat hij al weet niet klopt met wat de leraar of het boek zegt, kan hij het dus niet zo
begrijpen als de leraar bedoelt. Zelfs al gebruiken beiden dezelfde woorden, dan nog bedoelen ze daarmee
verschillende zaken. Zelfs al hebben beiden soms het idee dat ze elkaar begrijpen. Hier ligt een
fundamenteel probleem dat zich in elk communicatieproces voordoet, ook bijvoorbeeld in dat tussen de
lezers en de schrijvers van dit boekje Voor de didactiek betekent dit de noodzaak van een radicale
verandering ten opzichte van wat we in veel schoolboeken aantreffen. Het is de vraag of de WRR zich dat
gerealiseerd heeft toen ze schreef dat 'werkelijkheidskenis' verbonden moet worden met 'natuur- en
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 20 van 28
scheikundige basiskennis'. Naar onze indruk werd daarmee vooral bedoeld dat natuur- en scheikunde
geleerd zou moeten worden in voor leerlingen nuttige contexten. Ook dat is weliswaar nodig, maar het
probleem hier gaat dieper. Deze aansluiting bij denkbeelden betekent immers dan ook dat we ten aanzien
van de begripsvorming in het onderwijs niet langer kunnen uitgaan van het 'overdrachtsprincipe', maar
moet en overgaan op het 'veranderingsprincipe. Daarmee bedoelen we het volgende. Als we de
gebruikelijke didactiek willen karakteriseren dan ligt daarin het startpunt bij het vak natuur- en
scheikunde. Vanuit de structuur van het vak worden de te onderwijzen basisbegrippen gekozen. Deze
worden vervolgens 'vertaald' naar het niveau van de leerling, en in een logische volgorde gezet. Logisch
betekent, ook hier, gezien vanuit de natuur- en scheikunde, dat wil zeggen we beginnen met de
elementaire begrippen en bouwen deze langzaam uit naar de meer complexe. Eerder hebben we hier al
enige aandacht aan besteed. Het leerboek en de leraar hebben nu de taak om deze begrippen aan de
leerling over te dragen. Dat kan het beste door het verhaal zo helder en eenvoudig mogelijk te vertellen,
zodat de leerling het ook kan begrijpen. Proeven hebben voornamelijk de functie om de leerling datgene te
demonstreren wat past in het verhaal van de leraar. Op deze manier wordt dus volledig voorbij gegaan aan
wat de leerling al denkt en weet. Er wordt dus ook niet bij stilgestaan dat het verhaal van het boek of de
leraar weleens niet te begrijpen kan zijn voor de leerling. Niet omdat het een slecht verhaal zou zijn, maar
omdat het eenvoudig niet aansluit bij het denken van de leerling. In proeven kan de leerling vaak niet zien,
wat de leraar ziet, hij kan dus ook niet 'zelfontdekkend' leren. Althans niet als hij geacht wordt datgene te
ontdekken dat de leraar met de proef voor ogen had. In een Engels artikel werd dit enige tijd geleden,
bondig samengevat als: 'What are we supposed to see, Sir?' De volgende proefbeschrijving uit een
leerboek (1978) moge dit illustreren: Dompel een 'leeg' bekerglas ondersteboven in een met water gevuld
aquarium. Je zult waarnemen dat het water niet in het bekerglas komt. Het 'lege' bekerglas is dus niet echt
leeg, het is boordevol gevuld, nl. met lucht. Ook een gas (lucht) heeft dus volume. Conclusie: alle materie
(zelfs een gas) neemt ruimte in. Zou dit werkelijk weergeven wat een leerling ziet in en concludeert uit
deze proef? Met een ander leerboekfragment, uit een leerboek (1978) voor de eerste klas LBO (hoofdstuk
i), willen we illustreren wat we bedoelen met een overdrachtsdidactiek, die gedoemd is te mislukken.
Vaste stoffen zijn opgebouwd uit moleculen, die zich op zeer korte afstand van elkaarbevinden.
Moleculen zijn voortdurend in beweging. In een vaste stof bewegen de moleculen niet vrij langs elkaar,
maar zijn min of meer aan een vaste plaats gebonden. Rond deze vaste plaats trillen de moleculen in
ingewikkelde banen heen en weer. Gaan we een vaste stof verwarmen, dan stijgt de temperatuur daarvan.
De trillingstoestand van de moleculen om de evenwichtstand wordt heftiger; hun trillingsuitslag groter.
De onderlinge afstand tussen de moleculen neemt toe; de intermoleculaire ruimten worden groter.
Conclusie: bij stijging van temperatuur wordt het volume groter. Dit verhaal doet inderdaad eenvoudig
aan voor diegene die de natuurkunde al beheerst. Maar, gelezen vanuit de achtergrond van de leerling,
bijvoorbeeld met de eerder beschreven deeltjesdenkbeelden in gedachten, kan het niet anders of deze
uitleg leidt tot onvoorstelbare moeilijkheden. Het sluit nergens aan bij wat een leerling van die leertijd en
achtergrond kan weten. Tegelijkertijd gebruikt het een scala van begrippen en doet het een groot beroep
op het voorstellingsvermogen van de leerlingen. Het kan niet anders of de leerlingen begrijpen weinig of
niets van dit stukje. Er blijft de leerling geen ander overlevingsmiddel over dan dit stukje uit het hoofd te
leren om het desgewenst te kunnen reproduceren. Maar, dat kan toch niet bedoeld zijn, als we praten over
'leren met inzicht'? Een voorwaarde daarvoor is toch juist dat het nieuw geleerde geïntegreerd wordt in de
al aanwezige kennis om zodoende te leiden tot 'wendbare' kennis? Welnu, het is maar beter dat de leerling
dat met bovenstaand voorbeeld juist niet probeert, want het zet hem of haar zonder twijfel op het
verkeerde been.
Daarmee scheppen we dus onbedoeld een afstand tussendat wat natuur- en scheikunde op school is en de
werkelijkheid van alledag. Natuur- en scheikunde als wereldvreemd vak, waarin de 'disciplinaire kennis'
voor leerlingen weinig te maken lijkt te hebben met hun werkelijkheidskennis'. Een situatie waarvoor het
gegeven voorbeeld helaas maar al te representatief is, vrezen wij.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 21 van 28
1.3.5 Kan het ook anders?
Alles mooi en goed, zult u misschien denken, maar kan het dan anders? Eerlijkheidshalve moeten we
daar voorzichtig op antwoorden: waarschijnlijk wel. Maar er is nog veel ontwikkelwerk en onderzoek
nodig voordat de aangestipte problemen opgelost zijn en een nieuwe didactische aanpak is uitgewerkt.
Zeker als het gaat om uitgeteste, op grote schaal te gebruiken methoden. Maar we kunnen wel al iets
zeggen over de richting waarin deze didactiek zou moeten gaan, omdat er al op kleinere of grotere schaal
hier en daar mee geëxperimenteerd wordt. Wil de gewenste kennisintegratie enigszins succesvol kunnen
optreden, dan zal in ieder geval aan de volgende aspecten aandacht moeten worden geschonken.
1 Aansluiten bij motieven en interesses van leerlingen.
Het is zeer de vraag of de eenzijdige nadruk op wat we het verklaringsmotief hebben genoemd - en die
kenmerkend is voor de huidige situatie - een geschikt uitgangspunt vormt voor natuur- en scheikunde in
de basisvorming. Het sluit onvoldoende aan bij de waarschijnlijk brede scala van motieven en interesses,
die leerlingen van deze leeftijd ten aanzien van dit vak hebben. En aangezien motivatie, niet alleen voor
de lol in het vak, maar ook voor het slagen van een leerproces een eerste vereiste is, zal het onderwijs
veel uitdrukkelijker moeten uitgaan van de verwachtingen en doelen van de leerling.
2 Uitgaan van betekenisvolle contexten.
In het natuur- en scheikunde onderwijs wordt nu veelal, zoals eerder gezegd, uitgegaan van het
wetenschappelijk formalisme. Dit betreft dus algemene kennis, die – in principe - in veel situaties
toepasbaar is. Althans voor diegenen die het formalisme beheersen. Voor leerlingen blijkt deze transfer,
dat wil zeggen het kunnen toepassen van het geleerde in nieuwe situaties op onoverkomelijke
moeilijkheden te stuiten. De 'transferwaarde' van de schoolkennis op dit gebied blijkt voor leerlingen
steeds schromelijk overschat te worden. Dit formalisme kan
eventueel nog wel een eindresultaat zijn van een leerproces, maar is ongeschikt als uitgangspunt. Als we
dus willen dat leerlingen natuur- en scheikundekennis kunnen gebruiken in situaties buiten school, dan
zullen deze situaties in de basisvorming deel moeten uitmaken van dat onderwijs. Deze contexten zullen
dan ook zorgvuldig gekozen moeten worden. Contexten zijn direct verbonden met de kennis zelf, en voor
leerlingen (nog) niet ervan te onderscheiden.
3 Uitgaan van denkbeelden en denkwijzen die leerlingen al hebben.
Ten slotte is er ook een didactische opbouw nodig waarbij zorgvuldig rekening gehouden wordt met het
'natuurlijke' denken van leerlingen. Waarin het dus gaat om ontwikkeling en niet om forcering. Hoe dit
precies moet, en in hoeverre het kan, is nog onduidelijk. In deze didactiek zal geprobeerd moeten worden
leerlingen veel meer dan thans het geval is te laten komen tot verandering van en reflectie op hun ideeën.
Dat is zonder twijfel een moeilijke zaak. Koppeling met te ervaren relevantie, en daaruit voortvloeiende
motivatie, is dan ook nodig, om deze inspanning de moeite waard te doen zijn. En dit betekent dat de drie
genoemde aspecten sterk met elkaar verweven zijn. Gelukkig maar, misschien komen we dan verder.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
1.4
Pagina 22 van 28
Overlap van begrippen.
In de normale leerstof voor natuur- en scheikunde zit de nodige overlap. Een aantal onderwerpen wordt
bij beide vakken behandeld. Helaas is de aanpak bij beide vakken nogal verschillend, zodat de leerlingen
ongemerkt toch verschillende dingen leren. Scheikundedocenten claimen wel eens dat door 'slordigheden
in de natuurkundeles' misconcepties ontstaan. Maar misschien is het beter de oorzaak te zoeken in het
niet op elkaar afgestemd zijn van de didactiek van de twee vakken. Natuurkundedocenten zien doorgaans
niet zo veel in het verwijt van hun scheikunde collega’s en roepen snel dat het hier om oppervlakkige en
onbenullige zaken gaat. Vanuit hun standpunt is dat ook zo.
Bij veel natuurkundedocenten -die alleen hun eigen vak geven en dus niet veel van het scheikundeonderwijs weten- bestaat niet veel begrip voor de opzet van een scheikunde programma. Daarin staat het
aanbrengen van het stofbegrip centraal, met als gevolg het benadrukken van het verschil van zuivere
stoffen en mengsels en het benadrukken van het verschil tussen scheidbare en onscheidbare stoffen. Het
lijkt, vanuit de wat formelere vaardigheden die de natuurkunde in de derde klas vraagt, wat overdreven
om zoveel aandacht te besteden aan de notie zuivere stof en zo moeilijk te doen over het wel of niet
scheidbare karakter van een stofje en daarom het rekenen met massaverhoudingen uit te stellen tot de
vierde. Wat vooral opvalt als je beide vakken vergelijkt is het verschil in didactische aanpak.
Bedoeling van deze analyse over de overlap van begrippen en over het door elkaar heen lopen van
didactische methoden is om de verwijten van natuur- en scheikundigen over en weer te beschrijven en wie weet- uit de weg te ruimen. Bij die beschrijving wordt als categorie de natuurkundeleraar en de
scheikundeleraar gebruikt, alsof het in beide gevallen om duidelijk omschreven types zou gaan.
De natuurkundeleraar in dit verhaal is een licht arrogante, charmante theoreticus, die lachend mompelt
niet erg van alchemie te houden (terwijl hij borden vol schrijft over proeven, die je zou kunnen doen). De
scheikundeleraar is een noeste ploeteraar, die net als Primo Levi, liever met zijn kolven, spatels en
reageerbuizen de thermietreactie uitvoert -ook al ontploft het zaakje!- dan alle reactievergelijkingen in
detail op te schrijven.
We kijken naar een vijftal overlapgebieden. Het gaat om noties en vaardigheden rondom dichtheid, een
onderwerp dat tot de normale tweede klas natuurkunde hoort, om de begrippen smeltpunt en kookpunt die
ook veelal bij de tweede klas natuurkunde horen, verder om de moleculetheorie die bij natuurkunde vrij
vroeg behandeld wordt terwijl chemici deze theorie zo lang mogelijk uitstellen, om de warmteleer en tot
slot om de bouw van de materie.
1.4.1 Dichtheid.
Bij veel natuurkunde methoden wordt de notie dichtheid vroeg in de tweede aangeleerd. Leerlingen
moeten dan, al dan niet na inleidende practica met blokjes en steentjes, vrij veel rekenen met de relatie
voor dichtheid en vooral met eenheden als g/cm3 en kg/m3. Dit rekenen met dichtheid is voor veel
leerlingen een erg formele activiteit, die niet tot veel meer begrip bijdraagt dan de leerlingen vanuit hun
buitenschoolse concepties over zwaarte toch al hadden. Dit wordt des te erger naarmate het
onderwerp vroeger in het curriculum geplaatst wordt, zodat nog meer leerlingen moeite hebben met
formeel denken.
Voor de scheikunde is dit onderwerp nuttig. Het is voor het rekenen met massaverhoudingen handig als
de leerlingen 'hun dichtheid kennen'. Maar, vanuit het standpunt van de scheikunde is de vroege plaatsing
in het curriculum ongelukkig. Leerlingen krijgen pas aan het eind van de derde klas of begin bovenbouw
weer met dichtheid te maken. Dan pas wordt er immers in de scheikunde gerekend met massa's. Waarom
dit onderwerp dan zo vroeg in het natuurkundeprogramma? Te meer daar het rekenen met dichtheid dan
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 23 van 28
bij scheikunde weer kort moet worden over gedaan.
Dit lijkt nauwelijks een serieus verwijt te noemen, die zogenaamd te vroege plaatsing, maar toch raakt het
een van de grote verschillen in het onderwijs in de natuurkunde aan de ene kant en de scheikunde aan de
andere kant. Het natuurkunde-onderwijs is veel meer ingesteld op formele rekenvaardigheden en eist dus
al vroeg van leerlingen met noties als dichtheid te kunnen werken. Het scheikunde-onderwijs is in de
tachtiger jaren gemoderniseerd (na de CMLS) en stelt het rekenen uit, ten gunste van een gedegen
behandeling van de notie 'stof en ten gunste van het opdoen van veel praktische vaardigheden.
1.4.2 Kookpunt en smeltpunt.
Leerlingen komen de begrippen kookpunt en smeltpunt op twee plaatsen in het natuurkunde-onderwijs
tegen. In de tweede, als ze leren over grootheden en het ijken van thermometers, en in de derde in het
hoofdstuk warmteleer of -bij modernere methoden- een thema als bv. Verwarmen thuis. Bij scheikunde
spelen deze begrippen een cruciale rol bij het onderscheiden van mengsels en zuivere stoffen.
De natuurkundeleraar probeert in de tweede klas in eerste instantie het verschil tussen warmte en
temperatuur te benadrukken. Hij bestrijdt (al dan niet met proefjes) de pre-conceptie van leerlingen dat
tijdens koken en smelten de temperatuur zou stijgen. Dat doet hij om het verschil tussen warmte -een
vorm van energie- en temperatuur te benadrukken. Dat veel stoffen juist wel een smelttraject en een
kooktraject hebben komt de theoretisch ingestelde natuurkundeleraar niet goed uit! Immers, dat bevestigt
alleen maar de pre-conceptie van leerlingen dat tijdens smelten en koken de temperatuur stijgt. De
natuurkundeleraar doet dus slordig over datgene wat de scheikundeleraar het meest ter harte gaat,
namelijk het criterium voor een verschil tussen zuivere stof en mengsel zoals dat geleverd wordt door
smeltpunt of smelttraject (en kookpunt of kooktraject).
In de derde klas krijgen de leerlingen bij scheikunde dit criterium uit en te na in sterk praktisch gericht
onderwijs en bij natuurkunde gaan ze –daarna meestal!- rekenen aan de benodigde warmte als je een koud
stofje verhit, smelt en weer verhit (gereken dus met soortelijke warmte, smeltwarmte en misschien ook
wel verdampingswarmte). Wel geteld op drie verschillende plaatsen dus in het curriculum komt deze stof
aan de orde. Net als bij het onderwerp dichtheid ligt hier een probleem van de afstemming van leerstof
van de twee vakgebieden. Veel lijkt er hier te winnen door vakkenintegratie van de basisvorming. De wat
meer praktische scheikundelessen over zuivere stoffen en mengsels kunnen naar de tweede klas gaan.
Wie er voor kiest natuur- en scheikunde gesplitst aan te bieden, blijft waarschijnlijk met dit
probleem zitten.
1.4.3 Molecuultheorie.
Voor leerlingen komt de moleculetheorie de eerste keer in de tweede klas bij natuurkunde aan de orde.
Meestal zijn moleculen daar alleen maar onbegrijpelijk kleine deeltjes (l), die ook nog bewegen in een
lege ruimte (2) die elkaar aantrekken (3) en die -tot slot- sneller bewegen als de temperatuur stijgt (4).
Deze vier eigenschappen vormen een primitieve theorie over de bouw van de materie waarmee
natuurkundeleraren een heel scala van proeven presenteren en uitleggen. Leerlingen vinden die proeven
vaak prachtig.
Van smelten en koken tot de Brownsebeweging en van het verdampen van eau de cologne tot de
scheidingstechnieken van de derde klas scheikunde -you name it-: in termen van deze primitieve theorie
is alles te verklaren met verhaaltjes over kleine deeltjes en één of meer van hun vier eigen schappen
Omdat de nadruk hier ligt op het verklaren van de fenomenen uit een versimpelde, primitieve theorie
bestaat er voor natuurkundeleraren de neiging de zaken simpeler voor te stellen dan zij zijn. Het verschil
tussen atomen en moleculen is op dit niveau voor kinderen onbegrijpelijke onzin: hoe kunnen er immers
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 24 van 28
nog kleinere deeltjes bestaan dan die deeltjes die als kenmerk hebben al de kleinste te zijn? Zoiets is te
ingewikkeld, daar houdt D e natuurkundeleraar nog minder van dan van alchemie.
De natuurkundeleraar zal om deze reden heel vrijmoedig spreken over luchtmolekulen, zoutmolekulen
en -wie weet, in zijn enthousiasme- zelfs over houtmolekulen. Deze vrijmoedigheden komen zijn
scheikundecollega duur te staan. Ze bevorderen de hardnekkige misconceptie "verbranden is reageren
met luchtmolekulen". Een idee dat er moeilijk uit te krijgen is. En zouten bestaan nu eenmaal niet uit
moleculen, maar uit ionen; een onderwerp dat bij scheikunde in de vierde klas bij roostertypen aan de
orde komt.
1.4.4 Warmteleer.
Het onderwerp warmte komt in de derde klas zowel bij natuur- als bi) scheikunde voor. Bij natuurkunde
bestaat het veelal uit drie onderwerpen:
(l) warmteverschijnselen bij fase overgangen, (2) de theorie van het warmtetransport en (3) het gereken
met soortelijke warmte, smeltwarmte en verdampingswarmte. Of de leerstof nu systematisch of
thematisch gepresenteerd wordt maakt voor deze lijst niet zo veel uit: de themaschryvers hebben namelijk
meestal toch alle systematische natuurkunde in hun thema's gestopt (een van de redenen waarom hun
boeken zoveel groter m omvang zijn). Meestal ligt de nadruk bij natuurkunde op de laatste twee
onderwerpen, warmteverschijnselen bij faseovergangen worden doorgaans als stiefkind behandeld.
Bij scheikunde komt in de onderwerpen verbranden en reacties warmteleer impliciet aan de orde.
Verbrandingen vergen, behalve brandstof en zuurstof, een ontbrandingstemperatuur, willen ze op gang
komen en reacties kunnen exotherm of endotherm zijn. Hier worden ook getallen aan verbonden: er komt
zus en zoveel Joule vrij zoals stollen zus en zoveel Joule oplevert. Het zou voor de scheikunde dienstig
zijn als natuurkundigen meer aandacht zouden besteden aan de warmteverschijnselen bij faseovergangen.
Scheikundeleraren willen nog wel eens klagen dat de volgorde van de behandeling hier raar is. Eerst
krijgen de leerlingen het moeilijke gereken met smeltwarmte en soortelijke warmte bij natuurkunde,
daarna komt bij scheikunde het geploeter met warmte-effecten van reacties. Deze volgorde is raar en
veroorzaakt tijdverlies.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 25 van 28
1.4.5 Bouw van de materie.
Dit onderwerp komt bij natuurkunde als zijlijn aan de orde, namelijk meestal als de geleiding van stroom
behandeld wordt. Doorgaans is dit halverwege leerjaar 3. Dan moet uitgelegd worden wat vrije elektronen
zijn en binnen twee tellen vallen termen als periodiek systeem, elementen, verbindingen, atomen,
moleculen enz..
Alle subtiele en doordachte onderscheidingen van de scheikunde, weergegeven in bovenstaand
schema, worden opzij geschoven. Het schema dat leerlingen bij scheikunde geleerd hebben wordt
vervangen door het theoretische schema van de natuurkundige. Dit is natuurlijk niet fout, maar
het is strijdig met de didactische opzet van het onderbouw-onderwijs in de scheikunde.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 26 van 28
Dat theoretische schema is het volgende. Je hebt verbindingen en elementen. Elementen zijn de
bouwstenen, verbindingen de gebouwen die daar van gemaakt zijn. Elementen bestaan uit 100 (of zo)
verschillende soorten atomen, verbindingen uit 4.000.000 verschillende soorten moleculen. De nadruk ligt
bij de leraar natuurkunde weer op de theorie en bij de leraar scheikunde weer op de proeven.
Het vervelende nu -van deze wat bruuske aanpak- van de theoretisch ingestelde natuurkundeleraar is, dat
hij onbewust de empirische didactiek van zijn scheikunde collega onderuit haalt. Na deze theorielessen, zo
klagen scheikundedocenten, is alle precisie bij leerlingen over de verschillen tussen ontleedbare stoffen en
niet-ontleedbare stoffen verdwenen. Zonde van alle moeite, zo lijkt het voor buitenstaanders. De theorie
van de natuurkundeleraar zweeft in de lucht, de proeven van de scheikundeleraar worden belachelijk
gemaakt.
Misschien dat de opvoedingsproblemen die voortkomen uit het slechte huwelijk van de natuur- en
scheikunde op de middelbare school gebaat zijn bij een eenvoudige therapeutische interventie. Laat de
natuur- en scheikundeleraar eerst eens met elkaar praten. Eventueel onder professionele begeleiding.
Misschien dat deze didactische problemen verdwijnen als natuurkunde- en scheikundeleraren hun vakken
beter op elkaar afstemmen.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
1.5
Pagina 27 van 28
De invoering op school.
(Artikel ingestuurd voor NVON-maandblad door Maria Cornelisse en Pim Heijting.)
Ik voel me net zo’n wc-eend.
"Ik steek mijn kop onder het randje, maar ik weet niet wat ik aan richt!"
Op een afstemmingsbijeenkomst van het APS (Algemeen Pedagogisch Studiecentrum), hoorden we deze
kreet van een natuurkundedocent. Hij dacht daarbij aan zijn scheikundelessen in de Bavo.
Als uw school dit jaar niet gestart is met natuur/scheikunde zal ook bij u dit schooljaar de beslissing vallen
over het al dan niet integreren van beide vakken. Op de afstemmingsbij eenkomsten vorig schooljaar
kregen docenten informatie over de modellen voor het vak natuur/scheikunde in de Bavo. De voor- en
nadelen van de modellen werden besproken en er was gelegen heid tot het uitwisselen van ervaringen. In
dit artikel worden de samenwer kingsmodellen met een aantal voor- en nadelen beschreven. Een van de
modellen, het ontwikkelmodel, wordt nader toegelicht. Verder geven we een aantal oplossingen uit het
veld voor gesignaleerde knelpunten.
Eén vak
Bij de basisvorming is geen scheiding meer tussen de vakken natuur- en scheikunde. Er komt één toets,
er is één set kerndoelen en alle natuur- en scheikundedocenten zijn bevoegd voor beide vakken, of beter
het vak natuur/scheikunde in de Bavo. Sleutelwoorden bij de Bavo zijn: toepassing, aardigheden en
samenhang, het TVS model. Dit betekent niet alleen meer samenhang tussen de twee vakken. Het
betekent ook meer samenhang van de vakinhoud met de andere vakken en met de leefwereld van de
leerlingen. De nadruk in het vak ligt ook niet meer op kennis, maar op toepassingen en vaardigheden. Als
je daarover nadenkt kom je tot de conclusie dat het niet gaat om wel of niet integreren, maar om wanneer
integreren. Je kunt kiezen voor integratie direct of voor integratie over een aantal jaren. Er zijn geen
voorschriften hoe je als natuur- en scheikundesectie moet samenwerken. Op de lessentabel staat één vak,
maar op het rapport mogen twee vakken voorkomen. Het vak kan door twee docenten gegeven worden en
evenmin is het aantal uren voor het vak voorgeschreven. Bij het vormgeven van de Bavo maakt de school
zelf keuzes. Deze keuzes zijn voor uw sectie randvoorwaarden. Dat maakt dat de situatie en de
mogelijkheden voor veel secties verschillen. Een blauwdruk voor de wijze waarop het vak
natuur/scheikunde op een bepaald schooltype het best vorm gegeven kan worden is niet te geven.
De Bavo hoeft voor je onderwijs geen beperking te zijn, maar kan een vertrekpunt worden met
mogelijkheden om er een voor alle leerlingen leuk en zinvol vak van te maken.
Help een ander vak!
Een natuurkundedocent kan zich een WC-eend voelen als zij/hij er aan denkt een scheikunde les te moeten
geven. Al die giftige stoffen en dat met een klas vol! Scheikundedocenten vinden dat het vak natuurkunde
een "sommencultuur" heeft. Je voelt je als docent competent in het vak dat je geeft. Je hebt voorbeelden
en de juiste grappen achter de hand, je kent de problemen achter de vragen en je weet zelf de juiste
vragen te stellen. Het programma is vertrouwd, zodat je de voorbereidingstijd aan de didactiek en niet aan
het inhoud van het vak hoeft te besteden. Ook al zegt je college dat het andere vak wel meevalt, je ziet het
jezelf nog niet doen. Het competentie probleem wordt groter als biologie, informatiekunde en/of techniek
bij de integratie betrokken zijn. "Ik heb geen zin om een les te vullen met hoeveel tanden een paard heeft",
was een verontwaardigde opmerking van een docent. Zijn school had besloten dat het in de geest van de
Bavo was om natuuronderwijs te geven. Zijn vakgroep had geen keus. "Wij kunnen niet integreren, dan
komt de rechtspositie van mijn collega in gevaar", Dit is een misverstand, dat je regelmatig hoort. Je kunt
het aantal uren niet in een sectie houden door beide vakken apart op de lestabel te zetten. Alle natuur- en
scheikunde docenten zijn bevoegd voor beide vakken in de Bavo. Het aantal uren scheikunde én
natuurkunde in de Bavo zijn van invloed op de urenverdelingen in beide secties.
Bron: APS – Bron deel 1: Situaties en contexten (1993); hoofstuk 1+2.
Pagina 28 van 28
Schoolbeleid
Door schoolbeleid kan je vakgroep voor bijna onmogelijk op te lossen problemen komen te staan. Het
aantal uren voor het afsluiten van natuur/scheikunde wordt geschat op vijf uur. Als het vak op jouw school
voor 2 uur op het rooster staat, dan kunnen je leerlingen onmogelijk de kerndoelen halen. Op
mavoscholen ontstaat een probleem, als na de tweede klas het vak natuurkunde een keuzevak is en in de
tweede klas maar twee uur natuurkunde op de tabel staat. Niet kiezers kunnen onmogelijk de natuurkunde
kerndoelen halen.
Als leerlingen binnen de voor het vak gereserveerde uren de kerndoelen niet kunnen halen, is dat niet
alleen de verantwoording van de vakgroep. Op een aantal scholen zijn docenten met dit probleem terug
gegaan naar de directie. Door veranderingen in de urentabel zijn er oplossingen gevonden. Scheikunde
krijgt een uur meer in 3-mavo en daar worden de kerndoelen afgesloten. Op een andere school krijgen de
niet kiezers een halfjaar natuurkunde. Het tweede halfjaar krijgen deze leerlingen een ander vak. Ook
mogelijk is het eerste halfjaar aan alle leerlingen dezelfde natuurkunde te geven en de kerndoelen daarin
af te ronden.
Modellen
Bij inventarisatie blijkt, dat je de mogelijkheden tot samenwerking kunt samenvatten in zes modellen In
tabel l staan de modellen met daarbij de meest genoemde voor- en nadelen van een overgang naar dat
model. Naast de genoemde nadelen werd de hoeveelheid werk bij een verandering ook vaak als nadeel
genoemd. Maar over niets was men het zo oneens. Als je al veel met natuuronderwijs werkt en zelf
materiaal geschreven hebt, dan ben je al een eind op weg naar integratie. Start je vanaf twee gescheiden
vakken die uit verschillende methodes lesgeven, dan is er nog veel werk te verzetten. Op een grote school
kan je het werk verdelen, maar op een kleine school sta je er vaak alleen voor.
Het ontwikkelmodel.
Als in de vakgroep de meningen verdeeld zijn en er op korte termijn geen beslissing tot integratie
mogelijk is, dan kan het ontwikkelmodel een alternatief zijn. Het komt er op neer dat je de beslissing een
aantal jaren uitstelt. In die jaren worden er activiteiten ondernomen waarbij de docenten zich op integratie
voor kunnen bereiden. Laat dus voorlopig alles bij het oude en wacht ontwikkelingen af, maar maak
afspraken over de mogelijke stappen naar verdere samenwerking. De volgende tips voor wat je kunt
ondernemen naar samenwerking werden door docenten gegeven.
 Bezoek lessen van het andere vak en ruil later eens een paar lessen met
het andere vak.
 Begin met wat praktische scheikunde onderwerpen in de tweede klas te
behandelen.
 Ruil om het andere vak in de vingers een jaar met een tweede of derde
klas.
 Praat in een gemeenschappelijke vakgroepvergadering over de ervaringen
met het andere vak.
 Gebruik voorlopig nog de oude boeken en wacht tot er een geschikt boek
op de markt komt, die past bij de samenwerking die dan gekozen wordt.
 School elkaar bij en verzamel achtergrondmateriaal en voorbeelden voor
beide vakken.
De tegenstellingen tussen voor- en tegenstanders in de vakgroep kunnen zo verkleinen en dat maakt op
termijn besluitvorming mogelijk. Evalueren van de ervaringen in de vakgroep zorgt ervoor, dat alle
docenten bij de verandering betrokken blijven.
De WC-eenden onder ons zullen zo ontdekken hoe ze achter het randje werken en wat dat bij leerlingen
aanricht. Het vak wordt voor ons en dus voor de leerlingen zinvoller zonder de overbodige sommencultuur
en met spannende, "gevaarlijke" stoffen.