FFundamental · deel F1 · Denken en werken als STEM'er

Handboek · hoofdstuk 2Onderzoeken: van vraag tot besluit

Hoe je een eerlijke proef opzet, en waarom één meting nooit genoeg is

Wetenschappers raden niet: ze stellen een vraag, voorspellen wat er zal gebeuren, meten zorgvuldig en kijken of hun voorspelling klopt. In dit hoofdstuk leer je die onderzoekscyclus gebruiken: een goede vraag stellen, een eerlijke proef opzetten met één veranderende variabele, herhalen en het gemiddelde nemen, waarneming en interpretatie uit elkaar houden, en alles opschrijven in een kort onderzoeksverslag.

5× uitleg4× uitgewerkt voorbeeld1× proef1× naslag1× verhaal1× het geheel15 opdrachten in het werkboek± 6 lestijden

OOnderzoeken en meten

Meten, noteren, vergelijken: een groeiproef is onderzoek in het klein.

Na dit hoofdstuk

Je kan de vijf stappen van de onderzoekscyclus noemen en uitleggen wat je in elke stap doet.
Je kan een vage vraag omvormen tot een onderzoeksvraag met een meetbaar antwoord, en een hypothese formuleren als 'als ... dan ..., omdat ...'.
Je kan in een proef de onafhankelijke, de afhankelijke en de gecontroleerde variabelen aanduiden.
Je kan beoordelen of een proef eerlijk is, en een oneerlijke proef verbeteren.
Je kan uitleggen waarom je metingen herhaalt, het gemiddelde en het bereik berekenen, en zorgvuldig omgaan met een uitschieter.
Je kan een waarneming onderscheiden van een interpretatie.
Je kan een kort onderzoeksverslag opbouwen: vraag, hypothese, materiaal, werkwijze, resultaten, besluit, bespreking.

Verhaal · 2.1

Een wilg, vijf jaar geduld en één grote vergissing

1/13

Waar haalt een boom zijn massa vandaan? In de eerste helft van de zeventiende eeuw wilde de Brusselse arts en scheikundige Jan Baptist van Helmont dat precies weten. De meeste mensen dachten toen dat een plant zich voedt met aarde. Van Helmont besloot het te meten.

Hij droogde 200 pond aarde in een oven, woog ze en deed ze in een grote pot. Daarin plantte hij een jonge wilg van 5 pond. (Een pond was toen ongeveer een halve kilogram.) Hij gaf de boom alleen regenwater of gedestilleerd water, en dekte de pot af met een geperforeerde, vertinde ijzeren plaat, zodat er geen stof of vuil in kon vallen. Zo wachtte hij vijf jaar.

Toen woog de wilg ongeveer 169 pond. De afgevallen bladeren van vier herfsten had hij niet eens meegeteld. Hij droogde de aarde opnieuw en woog ze: nog steeds 200 pond, op ongeveer 2 ounces na (zowat 57 gram). Zijn besluit: de boom was ruim 164 pond zwaarder geworden door water alleen.

Van Helmonts proef was voor zijn tijd heel zorgvuldig. Hij maakte een duidelijke vraag meetbaar, hij hield bewust dingen gelijk (de afgedekte pot, alleen zuiver water) en hij woog voor en na. Zijn metingen waren juist. Maar zijn besluit klopte niet: hij had aan één input niet gedacht, de lucht. Vandaag weten we dat het grootste deel van de droge massa van een boom uit koolstofdioxide uit de lucht komt, dat de plant met licht en water omzet in suikers (fotosynthese, hoofdstuk 27).

Waarom dit verhaal ertoe doet

Dit hoofdstuk gaat over precies wat Van Helmont goed deed (een vraag meetbaar maken, eerlijk vergelijken, zorgvuldig meten) en over de valkuil die hem te pakken kreeg: een juiste waarneming verwarren met de enige mogelijke interpretatie. En zijn vraag is ook de vraag van de meetkas: wat heeft een plant nodig om te groeien?

Vijf jaar lang wegen, water geven en wachten: een van de eerste nauwkeurige proeven met planten.

Uitleg · 2.2

De onderzoekscyclus

2/13

Elk wetenschappelijk onderzoek, van een schoolproef tot een klimaatstudie, volgt dezelfde vijf stappen. We volgen ze met een voorbeeld: tuinkers in de meetkas.

Vraag. Wat wil je te weten komen? Hoe hangt de lengte van tuinkers na 7 dagen af van het aantal uren licht per dag?
Hypothese. Wat verwacht je, en waarom? Als tuinkers meer uren licht krijgt, dan wordt ze langer, omdat een plant licht gebruikt om voedsel te maken.
Proef. Plan hoe je het test (wat verander je, wat meet je, wat hou je gelijk) en voer het uit: drie groepen bakjes krijgen 4, 8 of 12 uur licht per dag.
Waarneming. Meet en noteer zorgvuldig, in een tabel met eenheden: de lengte van de plantjes in millimeter, na 7 dagen.
Besluit. Beantwoord je vraag met je metingen. Klopt je hypothese? Dan is ze bevestigd. Klopt ze niet? Dan is ze weerlegd, en ook dat is een resultaat.

Het besluit roept bijna altijd een nieuwe vraag op (en wat als het licht rood is in plaats van wit?). Daarom is het een cyclus: onderzoek is nooit echt af.

Een goede onderzoeksvraag is:

meetbaar: het antwoord is een getal of een waarneming die iedereen kan controleren;
afgebakend: over één verband, liefst in de vorm 'Hoe hangt ... af van ...?';
haalbaar: met het materiaal en de tijd die je hebt, en veilig;
echt: je kan het antwoord niet gewoon opzoeken, of je wil controleren of wat je leest klopt.

Een hypothese is geen gok, en ze mag fout zijn

Een hypothese is een verwachting met een reden. Ze moet toetsbaar zijn, niet juist. Een weerlegde hypothese is geen mislukte proef: je hebt iets geleerd dat je daarvoor niet wist. Pas wel op dat je je hypothese niet achteraf aanpast aan je resultaten.

Vijf stappen in een kring: het besluit van het ene onderzoek is de vraag van het volgende.

Uitgewerkt voorbeeld · 2.3

Van een vage vraag naar een toetsbare hypothese

3/13

Een klasgenoot vraagt zich af: Houden planten van muziek? Maak er een onderzoeksvraag en een toetsbare hypothese van.

Gegeven

de vage vraag 'Houden planten van muziek?'
tuinkers, bakjes, een luidsprekertje, 10 dagen tijd

Gevraagd

een meetbare onderzoeksvraag
een hypothese in de vorm 'als ..., dan ..., omdat ...'

Oplossing

1
Maak 'houden van' meetbaar. Een plant kan niet zeggen wat ze leuk vindt. Wat je wel kan meten: hoe goed ze groeit. Kies één afhankelijke variabele: de lengte in millimeter na 10 dagen.
2
Maak 'muziek' concreet. Kies wat je verandert: het aantal uren muziek per dag (0, 2 en 4 uur), telkens hetzelfde nummer op hetzelfde volume.
3
Schrijf de onderzoeksvraag. Hoe hangt de lengte van tuinkers na 10 dagen af van het aantal uren muziek per dag?
4
Formuleer een hypothese met een reden. Bijvoorbeeld: Als tuinkers meer uren muziek krijgt, dan wordt ze niet langer dan zonder muziek, omdat planten geen oren hebben om geluid waar te nemen. De omgekeerde verwachting mag ook, zolang je een reden geeft.
5
Controleer. Meetbaar: ja, met een lat. Afgebakend: één verband. Haalbaar: 10 dagen, vensterbank, luidsprekertje. Veilig: ja.

Antwoord

Onderzoeksvraag: 'Hoe hangt de lengte van tuinkers na 10 dagen af van het aantal uren muziek per dag?' Hypothese: 'Als tuinkers meer uren muziek krijgt, dan wordt ze niet langer, omdat planten geen oren hebben.'

Klopt dit? Een goede test: kan een klasgenoot met jouw vraag en hypothese precies dezelfde proef opzetten, zonder jou iets te vragen? Dan is ze duidelijk genoeg.

Uitleg · 2.4

Variabelen: veranderen, meten, gelijk houden

4/13

Een variabele is alles wat in een proef kan veranderen: de hoeveelheid licht, de temperatuur, de lengte van een plant. Bij elke proef onderscheid je drie soorten:

De onafhankelijke variabele kies en verander jij: het aantal uren licht per dag.
De afhankelijke variabele meet je: de lengte na 7 dagen. Ze hangt (misschien) af van de onafhankelijke variabele; dat wil je net ontdekken.
De gecontroleerde variabelen hou je bewust gelijk: dezelfde soort zaad, dezelfde potgrond, evenveel water, dezelfde temperatuur, hetzelfde aantal dagen.

Een handig ezelsbruggetje: één ding verander ik, één ding meet ik, al de rest hou ik gelijk.

De onderzoeksvraag verraadt meestal al welke variabele welke is: in Hoe hangt de lengte af van het aantal uren licht? staat de afhankelijke variabele eerst en de onafhankelijke na 'af van'. In een grafiek zet je de onafhankelijke variabele op de horizontale as en de afhankelijke op de verticale as (hoofdstuk 4).

Schrijf ze vooraf op

Noteer vóór je begint welke variabelen je gelijk houdt, en hoe. 'Evenveel water' wordt dan '20 mL per bakje, elke ochtend om 8 uur, met dezelfde maatspuit'. Wat je niet opschrijft, vergeet je halverwege.

Drie bakjes die alleen verschillen in het aantal uren licht: dat is de enige variabele die je verandert.

Uitleg · 2.5

De eerlijke proef

5/13

Een proef is eerlijk als je maar één variabele verandert en al de rest gelijk houdt. Alleen dan weet je zeker dat een verschil in het resultaat door die ene variabele komt.

In de linkse opstelling hieronder wil een leerling weten of een meststof tuinkers sneller doet groeien. Bakje A krijgt meststof en staat bij het raam; bakje B krijgt geen meststof en staat achteraan in het lokaal. Groeit A sneller, dan weet je niet of dat door de meststof komt of door het extra licht en de warmte bij het raam. Twee variabelen tegelijk veranderen: het resultaat zegt niets.

In de rechtse opstelling staan beide bakjes naast elkaar voor hetzelfde raam. Ze krijgen evenveel water; het enige verschil is de meststof in het water van A. Bakje B is de controlegroep: de vergelijkingsgroep die de meststof niet krijgt.

Voor een eerlijke proef let je ook op hoe je meet: met hetzelfde instrument, op hetzelfde moment, bij alle bakjes op dezelfde manier (bijvoorbeeld tien willekeurige plantjes per bakje, niet alleen het grootste). En je gebruikt meer dan één bakje per groep: planten verschillen van nature.

Alles tegelijk veranderen gaat sneller

Het lijkt handig: meer licht, meer water én meststof tegelijk, en kijken of de plant beter groeit. Maar als dat zo is, weet je niet welke van de drie het deed, en of ze elkaar misschien tegenwerken. Drie vragen vragen drie eerlijke proeven.

Links verschillen de bakjes in meststof én in plaats; rechts alleen in meststof. Alleen de rechtse proef is eerlijk.

Uitgewerkt voorbeeld · 2.6

Is deze proef eerlijk?

6/13

Lotte wil weten of meststof tuinkers sneller doet groeien. Bakje A krijgt water met meststof en staat op de vensterbank. Bakje B krijgt kraantjeswater en staat op een tafel achteraan. A krijgt elke dag 20 mL, B 'als ik eraan denk'. Na 5 dagen meet ze in elk bakje het langste plantje: A 38 mm, B 25 mm. Haar besluit: 'Meststof werkt.' Beoordeel de proef en verbeter ze.

Gegeven

onafhankelijke variabele: meststof of niet
afhankelijke variabele: lengte van een plantje (mm)
resultaat: A 38 mm, B 25 mm (één plantje per bakje)

Gevraagd

is de proef eerlijk?
welke variabelen zijn niet gecontroleerd?
een verbeterd plan

Oplossing

1
Zoek de onafhankelijke variabele. Meststof: ja of nee. Dat is het enige wat mocht verschillen.
2
Zoek wat nog meer verschilt. De plaats (licht en temperatuur zijn bij het raam anders dan achteraan), de hoeveelheid water (elke dag 20 mL tegenover soms), en de manier van meten (alleen het langste plantje, dat toevallig kan uitschieten).
3
Oordeel. De proef is niet eerlijk: drie variabelen verschillen tegelijk. Het verschil van 13 mm kan evengoed door het licht of het water komen.
4
Verbeter. Beide groepen naast elkaar op de vensterbank (en elke dag van plaats wisselen, zodat geen enkel bakje altijd het meeste licht krijgt); elke ochtend 20 mL per bakje, voor A met opgeloste meststof en voor B zuiver water; drie bakjes per groep; na 5 dagen tien willekeurige plantjes per bakje meten en het gemiddelde nemen.

Antwoord

De proef is niet eerlijk: licht en temperatuur, de hoeveelheid water en de meetmethode verschillen ook. In het verbeterde plan verschilt alleen de meststof; al de rest is gelijk, en er wordt per groep meer gemeten dan één plantje.

Klopt dit? Loop het verbeterde plan na met één vraag: 'Waarin verschillen A en B nog?' Is het antwoord 'alleen in de meststof', dan is de proef eerlijk.

Proef · 2.7

De papieren helikopter

7/13

Onderzoeksvraag

Hoe hangt de valtijd van een papieren helikopter af van de lengte van zijn vleugels?

Materiaal

papier (80 g/m²), schaar, lat, potlood
paperclips (één per helikopter)
meetlint
stopwatch

VeiligheidLaat los vanaf een stevige stoel of trap, niet vanop een tafel. Een klasgenoot houdt de stoel vast.

Knip langs de volle lijnen, plooi langs de stippellijnen: vleugel A naar voren, B naar achteren, de zijkanten naar binnen, de onderkant omhoog met een paperclip.

Werkwijze

1Maak vier helikopters volgens de bouwplaat, met vleugellengte $L$ = 6, 8, 10 en 12 cm. Al de rest is gelijk: breedte 5 cm, romp, één paperclip.
2Hou een helikopter met de vleugels open zo dat de onderkant van de romp 2,00 m boven de grond is. Laat los zonder te duwen.
3Start de stopwatch bij het loslaten en stop bij het neerkomen. Laat telkens dezelfde leerling loslaten en dezelfde leerling meten.
4Doe vijf worpen per helikopter, in een lokaal zonder tocht (ramen en deur dicht).
5Noteer alle tijden in een tabel en bereken per helikopter het gemiddelde.

Waarneming

Zo zag het resultaat van één groep eruit (tijden in seconden):

$L$ (cm)	worp 1	worp 2	worp 3	worp 4	worp 5	gemiddelde (s)	bereik (s)
6	1,31	1,38	1,29	1,35	1,33	1,33	0,09
8	1,55	1,62	1,58	1,51	1,60	1,57	0,11
10	1,82	1,74	1,79	1,85	1,77	1,79	0,11
12	1,97	2,04	1,93	2,01	1,98	1,99	0,11

De helikopters draaien tijdens de val. Hoe langer de vleugels, hoe trager ze vallen. De vijf worpen met dezelfde helikopter geven telkens iets andere tijden.

Verklaring

Langere vleugels hebben een grotere oppervlakte: ze botsen tegen meer lucht en worden dus meer afgeremd. Daardoor duurt de val langer. Het verband is niet evenredig: twee keer zo lange vleugels (6 cm naar 12 cm) geven een valtijd die ongeveer 1,5 keer zo lang is (1,33 s naar 1,99 s).

De worpen verschillen van elkaar door toevallige afwijkingen: je reactietijd bij het starten en stoppen van de stopwatch, een kleine duw bij het loslaten, een zuchtje lucht. Daarom meet je vijf keer en neem je het gemiddelde (volgend blad).

Uitleg · 2.8

Waarom één meting niets bewijst

8/13

Kijk naar de worpen van de helikopter: met exact dezelfde helikopter meet je 1,51 s, dan 1,62 s. Elke meting heeft een kleine, toevallige afwijking. Wie maar één keer meet, weet niet of hij een 'gewone' of een 'toevallig hoge' meting heeft. Stel dat je bij 6 cm alleen 1,38 s en bij 8 cm alleen 1,51 s had gemeten: dan leek het verschil 0,13 s. Met 1,29 s en 1,62 s leek het 0,33 s. Eén meting geeft dus een toevallig antwoord.

Daarom herhaal je elke meting, minstens drie keer en liefst vijf keer of meer, en reken je het gemiddelde uit:

gemiddelde

gemiddelde = \frac{som van alle metingen}{aantal metingen}

Het gemiddelde heeft dezelfde eenheid als de metingen. Rond het af op evenveel decimalen als de metingen zelf.

Hoe sterk de metingen verschillen, zie je aan het bereik: de grootste min de kleinste meting. Bij $L = 8 cm$ is dat $1, 62 - 1, 51 = 0, 11 s$ . Is het verschil tussen twee groepen veel groter dan het bereik binnen een groep, dan is het verschil waarschijnlijk echt. Is het kleiner, wees dan voorzichtig met je besluit.

Bij levende dingen is herhalen nog belangrijker: geen twee plantjes zijn gelijk. Daarom meet je in een groeiproef niet één plant per groep, maar liefst tien of meer.

Wetenschappers herhalen ook elkaars werk

Een resultaat telt pas echt als andere onderzoekers het met hun eigen proef kunnen herhalen. Daarom beschrijf je je werkwijze zo precies dat iemand anders ze kan overdoen.

De blauwe punten zijn de afzonderlijke worpen, de rode het gemiddelde per vleugellengte. De spreiding binnen een groep is veel kleiner dan het verschil tussen de groepen.

Uitgewerkt voorbeeld · 2.9

Het gemiddelde, en wat met een uitschieter?

9/13

(a) Bereken het gemiddelde en het bereik van de vijf worpen met $L = 8 cm$ : 1,55; 1,62; 1,58; 1,51; 1,60 s.

(b) Een andere groep meet met $L = 10 cm$ zes keer: 1,82; 1,74; 1,79; 2,31; 1,85; 1,77 s. Bij de vierde worp drukte de leerling de stopwatch pas af toen de helikopter al lag. Welk gemiddelde noteer je?

Eén foute worp trekt het gemiddelde omhoog van 1,79 s naar 1,88 s.

Gegeven

(a) 5 worpen bij $L = 8 cm$
(b) 6 worpen bij $L = 10 cm$ , waarvan worp 4 met een gekende fout

Gevraagd

(a) gemiddelde en bereik
(b) een verantwoord gemiddelde

Oplossing

1
(a) Som: $1, 55 + 1, 62 + 1, 58 + 1, 51 + 1, 60 = 7, 86 s$ .
2
Gemiddelde: $7, 86/5 = 1, 572 s$ . De metingen hebben twee decimalen, dus: $1, 57 s$ .
3
Bereik: grootste min kleinste $= 1, 62 - 1, 51 = 0, 11 s$ .
4
(b) Worp 4 (2,31 s) ligt ver van de andere vijf, die tussen 1,74 en 1,85 s liggen: een uitschieter. Met alle zes: $11, 28/6 = 1, 88 s$ . Zonder worp 4: $8, 97/5 = 1, 794 s \approx 1, 79 s$ .
5
Mag worp 4 eruit? Ja, omdat je een gekende reden hebt: de stopwatch werd te laat gestopt. Schrap hem niet ongemerkt: vermeld in je verslag dat je hem weggelaten hebt en waarom. Een afwijkende meting zonder gekende fout laat je staan, en je meet liever een paar keer extra.

Antwoord

(a) Gemiddelde

1, 57 s

, bereik

0, 11 s

. (b) Gemiddelde

1, 79 s

(vijf worpen), met in het verslag de vermelding dat worp 4 weggelaten is wegens een meetfout.

Klopt dit? Een gemiddelde ligt altijd tussen de kleinste en de grootste meting. 1,57 s ligt tussen 1,51 en 1,62 s. En de tweede groep vindt zonder de fout 1,79 s, precies wat de eerste groep bij 10 cm vond: de proef is herhaalbaar.

Uitleg · 2.10

Zien of denken: waarneming en interpretatie

10/13

Een waarneming is wat je vaststelt met je zintuigen of een meetinstrument, zonder uitleg: de bladeren van plant B zijn geel. Een interpretatie is wat je denkt dat die waarneming betekent: plant B krijgt te weinig voeding. Het eerste kan iedereen controleren, het tweede is een verklaring die fout kan zijn.

waarneming	mogelijke interpretatie
De bladeren van plant B zijn geel.	Plant B krijgt te weinig voeding. (Of te veel water? Of te weinig licht?)
's Ochtends hangen er druppels aan de binnenkant van de kas.	Het water komt uit de lucht in de kas, die 's nachts afkoelt.
De helikopter met 12 cm-vleugels valt gemiddeld 0,66 s trager dan die met 6 cm.	Langere vleugels remmen meer af.
De grond in Van Helmonts pot verloor maar 57 gram.	De massa van de boom komt uit het water. (Fout: ook uit de lucht.)

In een onderzoeksverslag hou je ze gescheiden: bij de resultaten staan alleen waarnemingen (tabellen, grafieken, wat je zag), in het besluit en de bespreking je interpretatie. Zo kan een lezer je metingen controleren en er eventueel een andere verklaring voor vinden, zoals latere onderzoekers deden met Van Helmonts wilg.

Ook je waarneming zelf kan je bedriegen. Kijk naar de figuur: de onderste lijn lijkt langer. Meet beide lijnen met een lat: ze zijn even lang. Daarom vertrouwen onderzoekers liever op een meetinstrument dan op hun indruk (hoofdstuk 3).

Signaalwoorden

Woorden als omdat, doordat, daarom, waarschijnlijk, dus wijzen meestal op een interpretatie. Een zuivere waarneming kan je aanwijzen, tellen of meten.

Lijn B lijkt langer dan lijn A, maar een lat toont dat ze even lang zijn.

Uitgewerkt voorbeeld · 2.11

Een kort onderzoeksverslag

11/13

Schrijf een kort verslag van de proef met de papieren helikopter. Gebruik de metingen uit het proefblad.

In een verslag toon je het gemiddelde, en met een streepje het bereik van de metingen.

Gegeven

de metingen: vijf worpen voor elke vleugellengte (6, 8, 10 en 12 cm)

Gevraagd

een verslag met de vaste onderdelen

Oplossing

1
Titel en onderzoeksvraag. Hoe hangt de valtijd van een papieren helikopter af van de vleugellengte?
2
Hypothese. Als de vleugels langer zijn, dan valt de helikopter trager (langere valtijd), omdat grotere vleugels meer lucht tegenhouden.
3
Materiaal. Papier 80 g/m², schaar, lat, vier paperclips, meetlint, stopwatch.
4
Werkwijze. Vier helikopters met $L$ = 6, 8, 10 en 12 cm, verder identiek (breedte 5 cm, één paperclip). Loslaten vanaf 2,00 m (onderkant van de romp), zonder duwen, ramen en deur dicht. Dezelfde leerling laat los en meet. Vijf worpen per helikopter.
5
Resultaten (waarnemingen). De tabel met alle worpen, gemiddelden en bereik, en de grafiek met de gemiddelde valtijd tegenover de vleugellengte. De valtijd stijgt van 1,33 s (6 cm) tot 1,99 s (12 cm). Het bereik per helikopter is 0,09 tot 0,11 s.
6
Besluit (antwoord op de vraag). Hoe langer de vleugels, hoe langer de valtijd. De hypothese is bevestigd. Twee keer zo lange vleugels geven geen twee keer zo lange valtijd, maar ongeveer 1,5 keer.
7
Bespreking. De worpen verschillen tot 0,11 s, vooral door de reactietijd bij de stopwatch. Verbeteren: van grotere hoogte laten vallen, de val filmen en de beelden tellen, meer worpen. Nieuwe vraag: hangt de valtijd ook af van de breedte van de vleugels?

Antwoord

Een verslag heeft zeven vaste onderdelen: titel met onderzoeksvraag, hypothese, materiaal, werkwijze, resultaten, besluit en bespreking. Waarnemingen staan bij de resultaten, interpretaties in het besluit en de bespreking.

Klopt dit? Lees je besluit en je onderzoeksvraag na elkaar: beantwoordt het besluit precies de vraag? En kan iemand met jouw werkwijze de proef overdoen?

Naslag · 2.12

Overzicht: van vraag tot verslag

12/13

gemiddelde

\overset{x}{ˉ} = \frac{x _{1} + x _{2} + \dots + x _{n}}{n}

symbool	betekenis	eenheid
$\overset{x}{ˉ}$	gemiddelde (spreek uit: x-streep)	zelfde eenheid als de metingen
$x_{1}, x_{2}, \dots$	de afzonderlijke metingen
$n$	aantal metingen

bereik

bereik = x_{grootst} - x_{kleinst}

symbool	betekenis	eenheid
$x_{grootst}$	grootste meting
$x_{kleinst}$	kleinste meting

stap	vraag die je jezelf stelt	let op
vraag	Wat wil ik weten?	meetbaar, één verband: 'Hoe hangt ... af van ...?'
hypothese	Wat verwacht ik, en waarom?	'als ..., dan ..., omdat ...'; ze mag fout zijn
proef	Wat verander ik, wat meet ik, wat hou ik gelijk?	één variabele veranderen; herhalen; controlegroep
waarneming	Wat meet en zie ik?	tabel met grootheid en eenheid; niets weglaten zonder reden
besluit	Wat is het antwoord op mijn vraag? Klopt de hypothese?	alleen besluiten wat de metingen tonen

checklist eerlijke proef
Ik verander maar één variabele.
Ik heb opgeschreven welke variabelen ik gelijk hou, en hoe.
Er is een vergelijkingsgroep (controlegroep) als dat zinvol is.
Ik meet elke situatie minstens drie keer, of met meerdere planten of voorwerpen.
Ik meet overal op dezelfde manier, met hetzelfde instrument.

onderdeel van het verslag	wat erin staat
titel en onderzoeksvraag	de vraag, zo precies mogelijk
hypothese	verwachting met reden
materiaal	alles wat je gebruikte, met hoeveelheden
werkwijze	stappen, zo dat iemand anders ze kan overdoen; ook wat je gelijk hield
resultaten	tabel en grafiek, met eenheden; alleen waarnemingen
besluit	antwoord op de vraag; hypothese bevestigd of weerlegd
bespreking	hoe betrouwbaar? wat kon beter? welke nieuwe vraag?

De onderzoekscyclus: de vijf stappen die je in elk onderzoek doorloopt.

Het geheel · 2.13

Waar onderzoeken naartoe leidt

13/13

Onderzoeken is de ruggengraat van de leerlijn Onderzoeken en meten, en je gebruikt het in elk hoofdstuk met een proef. In het volgende hoofdstuk leer je meten met de juiste eenheden en instrumenten, daarna zet je je metingen in tabellen en grafieken. In Intermediate wordt 'herhalen en gemiddelde nemen' een echte foutenleer met standaardafwijking, en in Expert beslis je met statistiek of een verschil echt is of toeval.

F1 Wat is STEM?

Wetenschappelijke vraag tegenover technisch probleem: hier werk je de onderzoekscyclus uit.

F3 Meten: grootheden en eenheden

Een waarneming is pas bruikbaar met een getal én een eenheid, gemeten met het juiste instrument.

F4 Tabellen, grafieken en verbanden

Je metingen ordenen in een tabel en een grafiek, en een verband herkennen.

F27 Planten: fotosynthese en groei

De groeiproef met één variabele, en het antwoord op Van Helmonts vraag.

F33 Integratieproject: de meetkas

In het integratieproject voer je de groeiproef in de meetkas echt uit en rapporteer je ze.

I1 Meetfouten en nauwkeurigheid

Toevallige en systematische fouten, standaardafwijking en uitschieters met een regel.

I2 Experimenten ontwerpen en rapporteren

Controlegroep, steekproefgrootte, blind meten en het wetenschappelijk verslag.

E6 Statistiek en meetonzekerheid

Met een t-toets bepalen of een verschil tussen twee groepen echt is.

HabitatDe meetkas wordt een onderzoeksstation in het klein. De eerste onderzoeksvraag: wat heeft een plant nodig om snel te groeien? In opdracht 2.13 schrijf je het onderzoeksplan voor een eerlijke groeiproef in de kas. Bewaar het in je portfolio: in hoofdstuk 27 en 33 voer je het uit.

Samenvatting

In het kort

De onderzoekscyclus: vraag, hypothese, proef, waarneming, besluit; het besluit leidt tot een nieuwe vraag.
Een goede onderzoeksvraag is meetbaar, afgebakend en haalbaar. Een hypothese is een verwachting met een reden en mag fout blijken.
Je verandert één variabele (onafhankelijk), meet één variabele (afhankelijk) en houdt al de rest gelijk (gecontroleerd).
Een proef is pas eerlijk als alleen de onderzochte variabele verschilt; een controlegroep dient als vergelijking.
Eén meting bewijst niets: herhaal, neem het gemiddelde en kijk naar het bereik. Laat een uitschieter alleen weg met een gekende reden, en vermeld het.
Een waarneming stel je vast; een interpretatie is je verklaring. Hou ze gescheiden in je verslag.
Een verslag: titel en vraag, hypothese, materiaal, werkwijze, resultaten, besluit, bespreking.

Begrippen

Wat je nu kent

onderzoekscyclus: De vaste volgorde van wetenschappelijk onderzoek: vraag, hypothese, proef, waarneming, besluit; het besluit leidt vaak tot een nieuwe vraag.
onderzoeksvraag: Een vraag waarop je met metingen een antwoord kan vinden, meestal van de vorm 'Hoe hangt ... af van ...?'.
hypothese: Een voorspelling met een reden, die je met een proef kan toetsen: 'als ..., dan ..., omdat ...'.
onafhankelijke variabele: De grootheid die je in een proef zelf kiest en verandert.
afhankelijke variabele: De grootheid die je meet om te zien of ze verandert; ze hangt (misschien) af van de onafhankelijke variabele.
gecontroleerde variabele: Een grootheid die je bewust gelijk houdt, zodat ze het resultaat niet beïnvloedt.
eerlijke proef: Een proef waarin je maar één variabele verandert en al de rest gelijk houdt.
controlegroep: Een vergelijkingsgroep waarbij je de onderzochte factor niet toepast, bijvoorbeeld planten zonder meststof.
gemiddelde: De som van alle metingen gedeeld door het aantal metingen.
bereik: Het verschil tussen de grootste en de kleinste meting; een eenvoudige maat voor hoe sterk metingen verschillen.
uitschieter: Een meting die duidelijk afwijkt van de andere, vaak door een fout bij het meten.
waarneming: Wat je met je zintuigen of een meetinstrument vaststelt, zonder uitleg.
interpretatie: Wat je denkt dat een waarneming betekent: een verklaring of een oorzaak.

Aan de slag in het werkboek15 opdrachten, van oefenen tot uitdagen