Het Higgsdeeltje

Doelen

• De leerlingen maken kennis met de terminologie rondom het Higgsdeeltje;
• De leerlingen krijgen informatie over het Higgsdeeltje;
• De leerlingen leren informatie te halen uit een film door aantekeningen te maken en deze te verwerken in een mindmap;
• De leerlingen oefenen met het maken van aantekeningen terwijl ze luisteren (aandacht spreiden);
• De leerlingen trainen volgehouden aandacht.

Werkvorm
Klassikaal film kijken en bespreken.

Voorbereiding en benodigdheden
Film op het digibord klaarzetten.

Duur
Filmduur 20 minuten, met stilzetten en vragen beantwoorden totaal 45 minuten.

Inleiding/oriëntatie
Er wordt kort uitgelegd waar de film over gaat en hoe die aansluit bij het thema. De leerlingen krijgen de opdracht mee om tijdens het kijken aantekeningen te maken in de vorm van een mindmap.
Ook vertelt de leraar wat leerlingen zouden moeten weten nadat ze de film hebben gezien.

Activiteit
Het Klokhuis-filmpje wordt op het digibord getoond. De leerlingen bekijken het filmpje en maken aantekeningen in de vorm van een mindmap. De leraar zet de film regelmatig stil om met vragen te peilen of de inhoud duidelijk overkomt en om vragen van leerlingen te beantwoorden.

Afronding
De leerlingen praten met elkaar en beantwoorden vragen; daarbij gebruiken ze de mindmap.

Bronnen
Klokhuis-filmpje ‘Zoek het uit! Kleinste deeltje’

Doelen

• De leerlingen krijgen zicht op het bestaan van het Higgsveld;
• De leerlingen krijgen zicht op hoe het kan dat het ene deeltje meer massa heeft dan het andere.

Werkvorm
Klassikaal ‘spel’

Voorbereiding en benodigdheden

• Er worden twee stapeltjes kaartjes gemaakt. De ene stapel is hoger dan de andere (ongeveer in een verhouding van 3:2), iedere stapel heeft een eigen kleur;
• Een ruimte zonder al te veel obstakels (bijvoorbeeld een ruime gang of een gymzaal).

Duur
10 minuten

Inleiding/oriëntatie
Uitleg wat er gaat gebeuren, zonder verdere achtergrondinformatie.

Activiteit
Twee leerlingen krijgen ieder één van de stapels kaartjes. De andere leerlingen verspreiden zich over de ruimte. De twee leerlingen delen hun kaartjes uit aan de leerlingen die verspreid staan, maximaal één kaartje per kind per keer. Alle kaartjes moeten uitgedeeld worden. Omdat de stapels niet even groot zijn, is het ene kind eerder klaar dan het andere kind.

Afronding
In een gesprek wordt het verband gelegd tussen deze activiteit en het Higgsdeeltje. De leerlingen die zich door de ruimte hebben verspreid, zijn als het ware Higgsdeeltjes. De mensen die naar de overkant moeten gaan, stellen andere deeltjes voor die natuurkundigen hebben waargenomen. De vraag die natuurkundigen zich al langer stelden, was waarom het ene deeltje sneller en makkelijker beweegt dat het andere deeltje en dus lichter is. De verklaring is dat de hele ruimte gevuld is met Higgsdeeltjes (net zoals de zaal gevuld is met mensen). Als er andere deeltjes door de ruimte bewegen, kunnen deze deeltjes veel of weinig interactie hebben met de Higgsdeeltjes (dit wordt door natuurkundigen koppeling genoemd en wordt geïllustreerd door het uitdelen van de kaartjes). Lichte deeltjes (weinig kaartjes) worden dus niet of nauwelijks beïnvloed door Higgsdeeltjes en kunnen zich bijna ongestoord door de ruimte bewegen, terwijl zware deeltjes (veel kaartjes) meer invloed ondervinden. Op deze manier kan worden verklaard waarom het ene deeltje lichter of zwaarder is dan het andere deeltje.

Bronnen
Materialen WKRU Winterschool 2014 (deze activiteit is een variant op de activiteit ‘het Higgsspel’).

Doelen

• De leerlingen krijgen inzicht in de opbouw van moleculen;
• De leerlingen krijgen inzicht in de verschillen in complexiteit van moleculen;
• De leerlingen maken kennis met naamgeving van stoffen/moleculen;
• De leerlingen leren gebruik te maken van de fotografiemogelijkheid op een laptop.

Werkvorm
Individueel, in eigen werktijd

Voorbereiding en benodigdheden
Ein-O pakket aanschaffen

Duur
Dit kost qua voorbereiding bijna geen tijd; de leerlingen kunnen zelfstandig aan de slag met het pakket.

Activiteit
Het Ein-O pakket is een set waarmee je moleculen driedimensionaal kunt nabouwen. In het pakket zitten instructies voor de bouw van verschillende moleculen. De leerlingen kunnen met dit pakket dus zelfstandig ontdekken en uitproberen. Om iets van deze activiteit te kunnen bewaren in een projectmap kun je leerlingen een foto laten maken.

Afronding
De afgedrukte foto’s van de gebouwde moleculen worden beoordeeld.

Doelen

• De leerlingen begrijpen en kunnen verwoorden waarom een experiment een groot aantal keer herhaald moet worden om zeker te zijn van de resultaten;
• Doorzetten: de leerlingen hebben al snel door dat de oorzaak van de afwijking bij de worpen zit in het verschil in gewicht van een van de dobbelstenen. De vraag is echter wanneer er vaak genoeg gegooid is om met een aan zekerheid grenzende waarschijnlijkheid te kunnen zeggen welk aantal ogen het meest gegooid wordt;
• De leerlingen leren consistent een opdracht uit te voeren (namelijk steeds op dezelfde manier werpen van de dobbelstenen);
• De leerlingen oefenen in het samenwerken (gebruikmaken van elkaars acties, afspraken maken binnen het groepje, taakverdeling);
• De leerlingen leren hun waarnemingen nauwkeurig te noteren (zijn de metingen zodanig genoteerd dat duidelijk is wat ze betekenen?).

Werkvorm
Er worden groepjes gevormd van vier tot vijf leerlingen die gezamenlijk het experiment uitvoeren.

Voorbereiding en benodigdheden

• Formulieren (één per groepje);
• Dobbelstenen (per groepje vier gewone en één verzwaarde dobbelsteen, te vinden in (online) spelletjeswinkels);
• Bekers om te gooien (één per groepje).

Duur
60 minuten

Inleiding/oriëntatie
Ieder groepje krijgt vijf dobbelstenen (waarvan er één is verzwaard) en een beker waarmee de dobbelstenen gegooid moeten worden. Het aantal ogen dat gegooid wordt, moet systematisch geturfd worden. Het doel is om aan te tonen met welke waarde (het aantal ogen) iets mis is (door de verzwaring wordt een bepaald getal bovenmatig vaak gegooid, maar dat vertel je ze niet). Voordat de dobbelstenen op tafel komen, bespreek je eerst het werkblad en worden de taken verdeeld binnen de groepjes. Je kunt ze ook zelf laten bedenken welke taken er verdeeld moeten worden of je geeft aan welke taken het zijn: één kind werpt, één kind noteert, één kind controleert of er goed genoteerd wordt, twee kinderen tellen het aantal ogen. Elk groepje maakt een plan hoe ze gaan bewijzen dát er iets mis is en wát er mis is.

Activiteit
De leerlingen gooien een groot aantal keren alle dobbelstenen tegelijk op tafel. Ze gebruiken daarvoor een beker. Na iedere worp wordt in de eerste kolom van het werkblad geturfd welke waarden (aantal ogen) zijn gegooid. Na vijf keer gooien wordt in de tweede kolom genoteerd hoeveel streepjes er bij ieder aantal ogen in de eerste kolom staan. Na tien worpen doen ze hetzelfde in de derde kolom, enzovoort. Ze gaan hier net zolang meer door tot ze denken te weten wat er afwijkt en waarom. Na hoeveel worpen denken ze het te weten en na hoeveel worpen weten ze het helemaal zeker? Ze mogen de conclusie alleen trekken op basis van het gooien van de dobbelsteen, niet door de dobbelsteen van dichtbij te bekijken (omdat de verzwaring zichtbaar is).

Afronding
Bespreken resultaten: wanneer, na hoeveel worpen kon je met zekerheid zeggen dat er met een bepaalde waarde iets mis was en waar bleek dat uit? Relatie leggen met het Higgsdeeltje: deze oefening maakt duidelijk waarom in de LHC heel vaak deeltjes op elkaar moeten botsen voordat je zeker weet dat je het Higgsdeeltje gevonden hebt. Je moet een experiment dus vaak herhalen om iets te bewijzen. Evalueren activiteit: aan de dobbelsteen is te zien dat die verzwaard is. Omdat leerlingen daardoor eigenlijk al weten welk getal het meest zal voorkomen, is het lastig door te gaan, ook als ze begrijpen waarom het nodig is om door te gaan. Maar dit kan bij echt onderzoek ook gebeuren: je denkt het antwoord op je vraag eigenlijk al te weten, toch moet je meer experimenten doen om zeker te weten dat het antwoord dat je geeft ook klopt. De onderzoekers die dit spel mede hebben bedacht, laten zien hoe vaak zij zelf hebben gegooid voordat ze zeker waren van hun zaak. Dit hebben ze geïllustreerd met een aantal diagrammen die je in de klas kunt gebruiken.

Online bijlagen 

• Werkblad dobbelsteenexperiment;
• Diagrammen voorbeeldexperiment (voor presentatie).

Bronnen
Materialen WKRU Winterschool 2014 (deze activiteit is gebaseerd op de activiteit ‘Achtergrond en signaal’).

NB: dit is een Engelstalige website!

Doelen

• Kennis opdoen over CERN en de experimenten die daar gedaan worden, de inrichting van het gebied, de mensen die er werken, enzovoort;
• Op een speelse manier bezig zijn met een complex thema;
• Engels lezen (inclusief terminologie over deeltjes).

Werkvorm
Individueel en zelfstandig, de opdracht staat wekelijks op de weektaak.

Voorbereiding en benodigdheden
Er is weinig voorbereiding nodig, omdat de opdrachten op de website staan. Controleer of de website goed bereikbaar is. Bekijk hem zelf van tevoren goed, zodat je er een introductie over kunt geven.

Inleiding/oriëntatie
Laat de website zien en een geef korte introductie over de verschillende mogelijkheden. Leg uit wat er van de leerlingen verwacht wordt bij het invullen van het logboek.

Activiteit
De leerlingen kunnen individueel aan de slag met de opdrachten op de website. Ze houden zelf in een logboek bij hoeveel tijd ze besteden, wat ze doen, wat ze inhoudelijk hebben geleerd en welke nieuwe Engelse woorden ze nu kennen. De leraar loopt rond om vragen te beantwoorden en geeft feedback op het logboek tijdens het nakijken van de weektaak.

Afronding
Aan het einde van het project wordt het logboek beoordeeld. Hoe vaak hebben ze de activiteit gedaan, wat is er genoteerd en geleerd?

Online bijlagen
Logboekpagina CERN

Bronnen
www.cernland.net (niet meer beschikbaar)

Doelen

• De leerlingen leren te kiezen welke inhoud hen aanspreekt;
• De leerlingen breiden hun woordenschat uit door de betekenis van moeilijke woorden op te zoeken;
• De leerlingen oefenen begrijpend lezen;
• De leerlingen verwerven zelfstandig nieuwe kennis.

Werkvorm
Individueel

Voorbereiding en benodigdheden
Selecteer boeken over het Higgsdeeltje en aanverwante onderwerpen, zoals over deeltjes, moleculen, en dergelijk (zie ‘Bronnen’ voor voorbeelden). Leg de boeken op een plek waar de leerlingen er bij kunnen en er doorheen kunnen bladeren.

Duur
Zoveel tijd als je de leerlingen wilt geven.

Activiteit
Leerlingen kiezen een boek dat hen aanspreekt. Tijdens hun zelfstandige werktijd lezen ze het boek (of stukken uit meerdere boeken). Woorden die ze niet begrijpen zoeken ze op. Als ze verder iets niet begrijpen, nemen ze zelf het initiatief om een medeleerling of de leraar om hulp te vragen.

Online bijlagen
Leeslogboek aandachtstafel

Bronnen

• Hendriks, L., & Walrecht, R. (2012) Higgs gevonden: Compleet overzicht van de bouwstenen van de materie.
• Wetenschap in beeld (2014) ‘Higgs – en nu?’
• Richardson, H. & Anderson, S. (1999), Hoe… splits je een atoom? De praktische gids voor toekomstige supergeleerden.
• Schilling, G. (2012) Higgs, het elementair abc van een elementair deeltje.
• Keulen, J.P. (2012), De deeltjesdierentuin: Over higgsbosonen, neutrino’s en meer.
• Platt, R. (2001), Uitvindingen verklaard: een beginnersboek over technologische doorbraken.
• Flood, M. & Spurgeon, R. (1995) Energie & Kracht: proeven en experimenten voor beginners (uit de serie ‘De wereld van de wetenschap’).
• Bais, S. (2009), De natuurwetten: iconen van onze kennis.
• Sykora, C. (2004), Natuurwetenschap in beeld.
• Farndon, J. & Hattum, D. van, (2008), De grote wetenschappers.

Doelen

• De leerlingen krijgen inzicht in hoe wetenschappers onderzoek doen naar iets dat niet zichtbaar is;
• De leerlingen leren conclusies te trekken op basis van alleen objectieve observaties.

Werkvorm
Carrousel in groepjes

Voorbereiding en benodigdheden

• Plaats vier dozen met de onderkant open op satéprikkers op een tafel. Tussen de doos en het tafelblad is precies zoveel ruimte dat er knikkers onderdoor kunnen rollen (zie afbeelding);
• Zet onder iedere doos een voorwerp, zodanig dat je het niet meer ziet. Kies voorwerpen van verschillende vorm en materiaal (zie het online fotoblad voor voorbeelden);
• Circa twintig knikkers;
• Zet de dozen in een bak, zodat de knikkers niet van tafel kunnen rollen.

Duur
30 minuten

Inleiding/oriëntatie
De leerlingen krijgen de opdracht zoveel mogelijk eigenschappen van het voorwerp onder de doos te raden door er knikkers naar toe te rollen. Het is belangrijk om die eigenschappen goed op te schrijven, omdat die tekst later nodig is om het voorwerp te laten raden.

Activiteit
Ieder groepje gaat bij een doos staan. De kinderen rollen om de beurt een knikker onder de doos door naar het voorwerp. Het al dan niet terugkaatsen van de knikker, de richting en snelheid van het terugkaatsen, het geluid dat je hoort wanneer de knikker het voorwerp raakt, al die dingen zeggen iets over het voorwerp: welke vorm het heeft, is het hard of zacht, is het hol of massief, enzovoort. Na circa tien minuten draaien de groepjes door naar een volgende doos, daarna steeds na vijf minuten, totdat elke groepje elke doos heeft gehad.

Afronding
Als de kinderen de vier dozen (black boxes) onderzocht hebben, hangt de leraar een blad met foto’s op voor de klas. Er staan foto’s op van de vier voorwerpen die onder de dozen stonden, maar ook van enkele andere. In een klassikaal gesprek beargumenteren de leerlingen welk voorwerp onder welke doos stond. Hierna worden de black boxes opgetild, de voorwerpen worden zichtbaar. De ervaring leert dat het behoorlijk moeilijk is om het goede voorwerp te raden.

Ten slotte wordt een link gelegd met het Higgsdeeltje: deze activiteit laat zien hoe je een voorwerp en de eigenschappen ervan kunt achterhalen zonder dat je het voorwerp kunt zien. Op precies dezelfde manier zijn in 1922 de allereerste atomen ontdekt, namelijk door alfadeeltjes tegen een fotografische plaat aan te schieten, waarna de alfadeeltjes lichtflitsjes afgaven. Door een atoom voor de fotografische plaat te plaatsen kan bepaald worden of er een kern in het atoom zit. Als dat namelijk het geval is, zullen de alfadeeltjes op die kern afketsen en zo niet meer tegen de fotografische plaat komen. Op die plek op de plaat is dan geen lichtflitsje geweest en daar zal de fotografische plaat dus donker zijn (het Rutherford-experiment). Tegenwoordig worden deeltjes in deeltjesversnellers gevonden door ze met enorme snelheden tegen elkaar te laten botsen. Raken de deeltjes elkaar, dan ketsen ze af en kunnen wij ze waarnemen in een omliggende detector.

Online bijlagen

• Fotoblad inhoud black boxes (ter inspiratie)
• Extra activiteit 1: een alternatieve versie van de opdracht, met een rollenspel om het objectief observeren extra te oefenen.

Bronnen
Downloads Winterschool 2014 van de website wkru.nl. Deze activiteit is een variant op het black boxexperiment (Rutherford experiment).

Doelen

• Verdere verdieping op een speelse manier van het onderwerp ‘deeltjes’;
• Een deeltje maken/verbeelden;
• Vertalen van Engelse tekst.

Werkvorm
Individueel

Voorbereiding en benodigdheden
Kies op de website particlezoo.net verschillende deeltjes uit, print ze en kopieer de afbeeldingen met de tekst. Bespreek de opdracht (zie online bijlagen). Verzamel de materialen (goede kleuren vilt, naald en draad, vulmiddelen van verschillend gewicht en labels).

Inleiding/oriëntatie
Relatie leggen met Higgsdeeltje of met deeltjes in het algemeen: de deeltjes die de leerlingen gaan maken, bevinden zich allemaal binnenin een atoom, net als het Higgsdeeltje. Ze maken nu kennis met heel andere deeltjes, die ze misschien eerder al eens tegengekomen zijn.

Activiteit
Elke leerling krijgt een afbeelding van een deeltje. Ze vertalen de Engelse tekst en maken het deeltje na (zie opdrachtblad bij de online bijlagen).

Afronding
Lijkt jouw deeltje op het deeltje op de afbeelding? Heb je het gevuld met het materiaal dat bij de specificaties hoort?

Online bijlagen
Opdrachtblad ‘Deeltjesdierentuin’

Bronnen
www.particlezoo.net

Doelen

• Verwerking en presentatie van opgedane kennis;
• Klassikale samenwerking;
• Delen van het project met de rest van de school.

Werkvorm
Klassikaal: bepalen script/rollen/teksten, doorloop en uitvoeren
Individueel: tekst schrijven

Voorbereiding en benodigdheden

–

Duur
Doorlooptijd van drie dagen voor een presentatie van 10 minuten over ‘De deeltjesdierentuin’

Inleiding/oriëntatie
Verdelen van rollen: de leerlingen spelen de verzorgers van de deeltjes uit de ‘deeltjesdierentuin’ die ze gemaakt hebben. Daarnaast zijn er caissières/receptionistes van de dierentuin, bezoekers, de professor en zijn hulpje, de directeur van de dierentuin en enkele technici.

Activiteit
Eerst wordt er een algemeen script bedacht, vervolgens schrijven de leerlingen als ‘verzorgers’ van de deeltjes hun eigen tekst. Ze doen dit aan de hand van de tekst bij het deeltje dat ze zelf gemaakt hebben. Elk kind dat een deeltje heeft gemaakt, schrijft een tekst over dat deeltje.

dag 1: de leerlingen schrijven de tekst bij hun rol;
dag 2: eerste doorloop en bijschaven;
dag 3: tweede doorloop, opnieuw bijschaven.

Afronding
Het toneelstuk wordt voor de hele school uitgevoerd.

Online bijlagen
Voorbeeldscript ‘Deeltjesdierentuin’
Filmpje uitvoering ‘Deeltjesdierentuin’ (beide van de uitvoering van de Ara’s van de Montessorischool Westervoort)

Bron
Inspiratie was de voorstelling ‘Aart’ in Burgers’ Zoo, waar bezoekers dansvoorstellingen door leerlingen van het Kunstbedrijf te zien kregen. Bij die dansen beeldden de dansers steeds andere dieren uit. Ze dansten in, rond of voor het verblijf van de dieren.

Doelen

• De leerlingen leren een probleem te beschrijven;
• De leerlingen leren een doel te formuleren;
• De leerlingen leren een manier te bedenken om een probleem op te lossen (ontwerpvraagstuk);
• De leerlingen oefenen het samenwerken;
• De leerlingen oefenen het bijhouden van wat er gebeurt, wat er gedaan is en welke keuzes er zijn gemaakt (verslaglegging);
• De leerlingen oriënteren zich op natuurkundige krachten die voortvloeiend uit Higgs (zwaartekracht, hefboomwerking, slingerbeweging, luchtdruk, magnetisme, …).

Werkvorm
Samenwerken in groepje; vrije keuze.

Voorbereiding en benodigdheden
Nodig: per groepje twee of drie surprise-eieren.

Duur
De doorlooptijd van deze activiteit was 1,5 week; in totaal hebben de leerlingen er twee tot drie uur aan besteed.

Inleiding/oriëntatie
Opdracht toelichten en relatie leggen met onderzoek bij CERN: in de deeltjesversneller van CERN worden protonen in een cirkelvormige buis van 27 km lengte versneld door middel van magneten. De protonen bewegen in twee, tegengestelde richtingen. Op een bepaald moment laten de onderzoekers twee protonen tegen elkaar botsen; precies op dat moment worden daarvan beelden vastgelegd door detectoren. Die beelden worden geanalyseerd er worden uitspraken gedaan over de sporen die ontstaan door de deeltjes die wegspringen als gevolg van de botsing. De leerlingen gaan nu zelf onderzoeken hoe ze een surprise-ei na een versnelling kunnen laten botsen, waarbij ze proberen zoveel mogelijk deeltjes binnenin het ei te laten wegspringen.

Activiteit
De leerlingen werken in groepjes. Samen bedenken ze hoe ze een surprise-ei zo’n vaart kunnen geven dat bij botsing met een ander voorwerp de verpakking kapotgaat, het chocolade-omhulsel kapotgaat, het gele plastic busje kapotgaat en het voorwerpje – meestal een poppetje – zichtbaar wordt. Er zijn twee criteria: ten eerste mogen ze het ei niet met de hand vasthouden als het wordt gelanceerd; ze moeten dus op zoek naar een manier om het ei in een stabiele uitgangspositie te brengen. Ten tweede moet de veiligheid van de omgeving en van de mensen die eromheen staan gewaarborgd zijn.

Afronding
De groepjes voeren om de beurt hun experiment uit, terwijl de anderen toekijken. Per groepje wordt besproken wat er goed ging en wat verbeterd zou kunnen worden om het ei nog meer te versnellen.

Online bijlagen
Logboekblad Eggsperiment

Bekijk hieronder de verschillende uitgewerkte onderzoeksplannen voor het thema Higgsdeeltje. Deze kun je als voorbeeld gebruiken voor in de klas of als inspiratie.

Ga je aan de slag met een thema dan is het goed om de leidraad onderzoekend leren eerst te lezen. Aan de hand van de zeven stappen van onderzoekend leren laten we je zien hoe je een project in de klas kunt vormgeven. Daarnaast vind je in de leidraad ook hulpmiddelen die je helpen om de activiteiten uit te voeren in de klas.

• Ga naar de leidraad onderzoekend leren 

Filmpjes

• Klokhuis aflevering over het Higgsdeeltje
• Jeugdjournaal over het Higgsdeeltje
• Website van CERN
• Artikel op website van het NRC
• NPOWetenschap over het Higgsdeeltje
• Filmpje van Holland Doc over het Higgsdeeltje
• Artikel op website van kennislink