Microschaalexperimenten 

Informatie

  • Practicum belangrijker dan ooit
  • Leerlingenpracticum
  • Microschaalexperimenten
  • Van macro naar micro
  • Het glaswerk
  • Het onderwijsmateriaal
  • Deelname aan het project
  • Kosten
  • De voordelen op een rij
  • Meer weten?

    • Practicum belangrijker dan ooit

    In de nieuwe Tweede Fase van het voortgezet onderwijs zal meer dan nu het geval is nadruk worden gelegd op de praktische vaardigheden en de zelfstandigheid van leerlingen. Zo moeten de leerlingen voor het vak scheikunde een examendossier aanleggen, waar practica, praktische opdrachten en een profielwerkstuk met een zelfstandige onderzoeksopdracht deel van uit maken.

    Leerlingenpracticum

    Ontwikkeling van de praktische vaardigheden en de zelfstandigheid van leerlingen kunnen bevorderd worden door demonstratieproeven te vervangen door een leerlingenpracticum. Het is echter bekend dat weinig docenten hun leerlingen een organisch-chemisch practicum laten doen. Veelal omdat de risico's te groot worden geacht, de proeven niet binnen een lesuur passen, of omdat onvoldoende glaswerk beschikbaar is. Daardoor blijft dit maatschappelijk belangrijke deel van de scheikunde voor het practicum onbereikbaar. Een gevolg is dat het praktisch schoolexamen vaak beperkt blijft tot analyse van waterige oplossingen.

    Microschaalexperimenten

    Wereldwijd is een zogenaamde microscale movement in opkomst. Het idee hier achter is simpel: voer bestaande leerlingenproeven op kleinere schaal uit en bespaar op het chemicaliëngebruik. Dit spaart in de kosten, is veiliger voor leerlingen en geeft aanzienlijk minder afval. Bovendien verlopen processen een stuk sneller zodat ook - trager verlopende - organische syntheses als leerlingenproef beschikbaar komen. Demonstratieproeven kunnen dan plaats maken voor zelfstandig experimenteren door de leerlingen, zonder dat het chemicaliëngebruik toeneemt. Deze Microschaalexperimenten vinden meer en meer ingang op de practica. Docenten in het voortgezet en hoger onderwijs ontwerpen hun eigen experimenten op microschaal en glasfabrikanten komen met hun microschaalglaswerk op de markt.

    Van macro naar micro

    In een gezamenlijk project willen het Communicatie Centrum Chemie (stichting C3) en de Universiteit van Amsterdam Microschaalexperimenten in het voortgezet onderwijs introduceren, te beginnen bij havo en vwo en uit te breiden tot vbo en mavo. Het gaat om een nationaal project, met financiële steun van overheid en chemische industrie, en inhoudelijke steun van SLO en Cito. In dit project worden sets microschaalglaswerk voor een lage prijs aangeboden, samen met werkboekjes voor de leerlingen. Het onderwijsmateriaal sluit aan op de meest gebruikte schoolboeken. Daarmee wordt het mogelijk dat leerlingen zelfstandig, veilig en schoon, organisch-chemische experimenten doen. Daarnaast worden de docenten en TOA's bijgeschoold in het gebruik van Microschaalexperimenten.

    Het glaswerk

    Het microschaalglaswerk wordt geleverd door Kontes. Dit glaswerk is betaalbaar en maakt gebruik van flexibele koppelingsstukken, waarmee leerlingen eenvoudig zelf opstellingen kunnen bouwen. Alle gebruikelijke handelingen zijn ermee uit te voeren: refluxen van reactiemengsels en het scheiden van reactieproducten door middel van destillatie, sublimatie, kristallisatie of kolomchromatografie. Opmerkelijk is dat waterkoeling niet nodig is: dus geen kranen, slangen en afvoer nodig. Door de relatief dikke glaswand en het lage gewicht is het glaswerk in hoge mate breukbestendig. De duurzaamheid van het glaswerk is gebleken tijdens jarenlang gebruik op universitaire practica. Het microschaalglaswerk is verpakt in een handig koffertje.

    Een afbeelding van het koffertje met glaswerk
    Klik op de afbeelding voor een beschrijving van het microschaalglaswerk

    Elke set gaat vergezeld van een door ons ontwikkeld zandbad. Deze warmtebron is goedkoop, veilig en snel. Een stopcontact is alles wat nodig is om aan de slag te gaan: een zuurkast is vrijwel nooit nodig.

    Het zandbad
    Klik op de afbeelding voor een artikel over het verwarmingsapparaat

    Het onderwijsmateriaal

    Bij elke set microschaalglaswerk worden twee losbladige werkboekjes geleverd, waarin verschillende Microschaalexperimenten beschreven worden. De Microschaalexperimenten sluiten aan bij de meestgebruikte schoolboeken: voor demonstratieproeven worden leerlingproeven beschreven, en daar waar geen proeven staan worden suggesties gedaan. Bij de keuze van Microschaalexperimenten worden Chemie en Chemie overal als uitgangspunt genomen, en wordt aangegeven op welke eindtermen uit het nieuwe examenprogramma de proeven betrekking hebben. In de loop van de komende jaren zal deze reeks voortdurend worden uitgebreid. Door de geringe populariteit van het organisch-chemische practicum bevatten de betreffende hoofdstukken weinig leerlingenproeven. Daarom starten we met organisch-chemische experimenten, maar we zullen ons daar niet toe beperken: ook anorganische, analytische en fysisch-chemische Microschaalexperimenten kunnen met het microschaalglaswerk worden uitgevoerd. Bij de verdere ontwikkeling van onderwijsmateriaal houden we rekening met de wensen van de gebruikers. Het onderwijsmateriaal levert dus een uitbreiding van het proeven-repertoire van elke docent. De educatieve uitgeverijen hebben grote belangstelling voor Microschaalexperimenten; te verwachten is dat hun nieuwe uitgaven Microschaalexperimenten zullen bevatten.

    De eerste versie van het onderwijsmateriaal bevat naast oefeningen met het verwarmingsapparaat de volgende experimenten:

    Algemeen
    A1 Standaardopstellingen: Verhitten van een vloeistof
    A2 Standaardopstellingen: Destillatie
    A3 Standaardopstellingen: Kookpuntbepaling

    Scheidingsmethoden
    B1 Destillatie: Winning van alcohol uit een alcoholische drank
    B2 Gefractioneerde destillatie: Scheiding van een mengsel van methylbenzeen en cyclohexaan
    B3 Sublimatie: Scheiding van een mengsel van koolstof en benzeencarbonzuur
    B4 Kolomchromatografie: Scheiding van kaliumpermanganaat en kaliumdichromaat

    Eigenschappen van stoffen
    C1 Verschillende koolwaterstoffen
    C2 Verschillende reactietypen: Reacties tussen broom en koolwaterstoffen
    C3 Het onderscheiden van isomeren: Twee verschillende stoffen met formule C4H10O
    C4 Het onderscheiden van isomere alcoholen

    Eigenschappen van reacties
    D1 Gebruik van een katalysator: De bereiding van 1-butylethanoaat
    D2 Bepaling van de evenwichtsconstante van een verestering
    D3 Beïnvloeding van een evenwicht: Zuur-gekatalyseerde "azeotropische" verestering

    Syntheses
    E1 Esters: geuren en smaken

    Deelname aan het project

    Deelnemers aan het project Microschaalexperimenten krijgen een docentenhandleiding en worden geïnstrueerd in het gebruik van het glaswerk. In de docentenhandleiding komt het gebruik van het microschaalglaswerk en het verwarmingselement aan de orde, en worden de Microschaalexperimenten toegelicht alsmede hun plaats in het curriculum. De instructie voor docenten en TOA's, zal zoveel mogelijk regionaal verzorgd worden en zal een dagdeel in beslag nemen. Daarmee is het niet afgelopen: deelnemers blijven daarna alle aanvullingen op het onderwijsmateriaal ontvangen. Daarnaast is er een gebied Microschaalexperimenten op ChemNet (mse) en deze site op het World Wide Web, waar ervaringen kunnen worden uitgewisseld en de nieuwste ontwikkelingen worden gemeld.

    Kosten

    Microschaalexperimenten zijn goedkoop door de lage prijs van het microschaalglaswerk in vergelijking met het gebruikelijke glaswerk, door het geringer chemicaliëngebruik en door de beperkte eisen aan een practicumlokaal. Dankzij subsidies van de overheid (de ministeries van economische zaken, onderwijs en milieu) en het bedrijfsleven (de Vereniging van de Nederlandse Chemische Industrie) is het mogelijk om tot begin 1998 tegen een voordelige prijs mee te doen. Mocht de aanschaf van het benodigde aantal sets (een set per tweetal leerlingen) dan toch nog te zwaar op de budgetten drukken, dan is het dankzij subsidie van de Universiteit van Amsterdam mogelijk de betaling tegen een lage rente over drie termijnen uit te smeren. Zie de prijslijst voor details.

    De voordelen op een rij

    Voor meer informatie kunt u terecht bij: logo MicroC<sub>3</sub>hem

    Stichting MicroC3hem
    Nieuwe Achtergracht 129
    1018 WS Amsterdam
    Telefoon: 020-5256583
    Fax: 020-5256586

    E-mail: micro@chem.uva.nl

    Gepubliceerd op 16 mei 1997