Handboek natuurkundedidactiek

Onlangs (januari 2017) kwam het Handboek natuurkundedidactiek uit (http://www.natuurkundedidactiek.nl/).

Een mooie verzameling onderwerpen waar veel voor mij bekende namen (en ook veel onbekende namen) langskomen als auteur van bepaalde onderdelen.

Voor nu een kort citaat over een onderwerp waarover we op school regelmatig discussie hebben.

“In alle schoolvakken speelt het leren van vakbegrippen en -redeneringen een rol. Volgens de psychologische theorie van het constructivisme -voor zover vakdidactisch relevant- kunnen begrippen en redeneerwijzen niet worden overgedragen van de leraar naar de leerling, maar moeten leerlingen deze kennis zelf ontwikkelen op basis van de al aanwezige kennis (Ausubel, 1968). Ze kunnen daarbij geholpen worden door de leeromgeving die de leraar aanbiedt: informatie en discussies over betekenissen en ervaringen die voor de begrippen van belang zijn.

Uit vakdidactisch onderzoek is bekend dat, als het om begripsontwikkeling gaat, onderwijs minder succesvol is dan wordt gedacht of gehoopt. Leerlingen leren wel de vaktermen te gebruiken, maar de betekenis die ze eraan toekennen verschilt vaak van de geaccepteerde natuurwetenschappelijke betekenis. Dat komt tot uiting in begripsproblemen: veel leerlingen geven heel andere dan de gewenste antwoorden als hen begripsvragen worden voorgelegd. Ze blijken dan vast te houden aan begrippen en redeneringen die voortkomen uit hun alledaagse ervaringen.”

De actieve werkhouding van leerlingen om dit goed voor elkaar te krijgen ontbreekt regelmatig. Met tegenvallende resultaten als gevolg.

Geplaatst in Citaten, Misconcepties, Over docenten, Over klassen, Over leerlingen, Over lessen, Over Natuurkunde | Tags: , , , , | Een reactie plaatsen

Uitleggen (in de ogen van leerlingen)

Leerlingen vinden een uitleg pas een uitleg als iemand anders hun probleem oplost. En leren werkt, volgens mij, zo niet. Als een leerling een vraag stelt komt er meestal eerst een tegenvraag:

Meester 36 snap ik niet?
Wat bedoel je met 36?

Meester vraag 12 snap ik niet?
Wat zegt vraag 12 precies?

Meester als een blokje op de helling ligt hoe kan ik dan uitrekenen wat de versnelling wordt?
Welke gegevens zie je in de opgave?

Meester het lukt me niet om dinsdag het verslag in te leveren.
Wat is nu je voorstel?

Leerlingen vinden het vaak prettig om zaken over te dragen aan de docent. De leerling snapt het niet en de docent moet het oplossen. Liefst met een gedetailleerde uitleg die de leerling dan direct kan overnemen in zijn schrift (als dat al gebeurt).

Onlangs vroeg een collega zich hardop af of leerlingen wel in staat zijn om te gaan met tegenvragen. Hoe regel je dat je leerlingen niet kwijtraakt als je vraagt “En wat denk je zelf?” of iets dergelijks?

 

Geplaatst in Over docenten, Over leerlingen, Over lessen | Tags: , | Een reactie plaatsen

Teaching Physics with the Physics Suite: The dead leaves model

“Teaching Physics with the Physics Suite” (2002) is een vrij recent boek en waarin E.F.Redish kijkt naar het leren en doceren van natuurkunde. Het boek is te koop, maar de delen zijn ook te downloaden.

http://www2.physics.umd.edu/~redish/Book/

Een mooie beschrijving van sommige van onze leerlingen beschrijft hij als het “dead leaves model“. Ik zie zo een aantal hardwerkende leerlingen voor me die samenvatting na samenvatting maken maar uiteindelijk de diepgang missen voor een succesvol proefwerk.

“Unfortunately, the most common mental model for learning science in my classes seems to be:

• Write down every equation or law the teacher puts on the board that is also in the book.
• Memorize these, together with the list of formulas at the end of each chapter.
• Do enough homework and end-of-the-chapter problems to recognize which formula is to be applied to which problem.
• Pass the exam by selecting the correct formulas for the problems on the exam.
• Erase all information from your brain after the exam to make room for the next set of materials.

I call the bulleted list above “the dead leaves model.” It’s as if physics were a collection of equations on fallen leaves.”

Nu het Natuurkunde eindexamen langzaamaan afstapt van vooral rekenen en steeds meer redeneervragen opneemt, lopen leerlingen met een beperkt begrip een grotere kans om de voldoende niet -meer- te halen.

Geplaatst in Citaten, Over leerlingen, Over lessen, Over Natuurkunde | Tags: , , , | Een reactie plaatsen

Bij het Natuurkunde lokaal gebeurt het

Eerst waren het er een paar, maar de laatste tijd worden het er steeds meer. Op dit moment komen er elke pauze zo’n acht leerlingen naar het Natuurkunde lokaal toe. Ze werken zelfstandig aan moeilijk opdrachten en overleggen met elkaar over een goede strategie. Als een opdracht niet lukt geeft dat zoveel energie dat ze het nog een keer gaan proberen, net zo lang tot het wel lukt. Soms roepen ze me “Meester moet u eens kijken, ik kan het nu echt goed”. Zo af en toe is de energie wat minder. Misschien door een rondje hardlopen bij gym, of een lastige wiskunde les ervoor. Ze gaan dan een stapje terug. Zoeken opdrachten die makkelijker zijn of die ze eerder al gemaakt hebben maar nog niet helemaal in de vingers hebben. “Ja meester ik kan dit al wel, maar ik ben een beetje moe”.

Als ik wat langer naar ze kijk zie ik dat ze genieten van de vrijheid bij hun werk. Ze verkennen dingen wanneer zij dat willen, ze falen continu maar worden daar niet opstandig van, ze worden vrolijk als ze het beter doen dan de anderen. Ze overleggen de hele tijd, reguleren hun inspanning en laten hun inspanning niet afhangen van anderen. Kortom: ze zijn super gemotiveerd om aan de slag te zijn en goede resultaten te halen. Heerlijk.

En dan gaat de bel. De game wordt afgesloten. De telefoon verdwijnt in hun kontzak. De leerlingen gaan op weg naar de volgende les. Om te doen wat de docent van ze vraagt, of ze daar nu aan toe zijn of niet. In een tempo dat zelden klopt bij hun eigen ontwikkeling. Was het maar weer pauze.

Geplaatst in Over leerlingen, Over onderwijs | Tags: , , | Een reactie plaatsen

Nog een keer wat weglaten

Methodes geven een uitleg en vervolgens opgaven. Dit helpt niet echt bij het voeren van een dialoog waarbij begrip voorop staat. Het weglaten van getallen helpt leerlingen om na te denken over wat er nu gebeurt zonder direct in de berekening te duiken. In de termen van de Systematische Probleem Aanpak (SPA) gaat het dan om het verwoorden van de opgave.

Leerlingen vinden opdrachten zonder gegevens erg lastig. En ik ben er nog niet helemaal uit of deze oefeningen geholpen hebben bij het verwoorden van de opgave. Ik denk het wel. Misschien merk ik dat later nog. Het valt op hoe moeilijk leerling zich uiten. Het is blijkbaar nog niet gewoon om meningen uit te wisselen. Leerlingen willen graag goede antwoorden geven en zwijgen als ze niet echt overtuigd zijn. Is het gesprek eenmaal een beetje op gang dan komen er veel misconcepties langs. En die kan je als leerling niet zomaar oplossen. Leerlingen moeten praten om misconcepties te signaleren en aan te kunnen pakken.

Hieronder enkele opgaven zonder getallen die ik in de klas heb doorgenomen bij de wetten van Newton. Het duurt vaak opmerkelijk lang voordat een opdracht afgerond is. Leerlingen hebben tijd nodig om alles te kunnen verwerken.

Katrol

Bovenstaande tekening was voor leerlingen wel duidelijk. Als er geen wrijving is en het touw en de katrol zijn massaloos dan gaat massa 1 naar beneden en massa 2 omhoog. Massa 1 is twee maal zo groot als massa 2.

Leerlingen hebben deze tekening vervolgens nog drie maal getekend in de volgende situaties:

  • iemand houdt massa 1 vast en stil
  • iemand houdt massa 2 vast en stil
  • niemand houdt iets vast.

Met vervolgens de vraag welke krachten een rol spelen en ook de vraag om die te tekenen. Dit was (4vwo) best een lastige vraag. Na (te) lange tijd kwam er iemand op het idee dat de zwaartekracht een rol speelt en de spankracht. En daarmee is ook iets te zeggen over de nettokracht.

De bedoeling van deze oefening is dat leerlingen nadenken over de verschillen tussen de situaties en de verschillen ook herkennen voordat er eventueel gerekend gaat worden. Leerlingen geven aan dat de spankrachten in alle tekeningen gelijk zijn. Hoewel soms de spankrachten in één touw ook verschillend mogen zijn. Ook kunnen de massa’s verschillend bewegen ondanks het touwtje. Ook ziet een enkeling per ongeluk dat de snelheid een relatie heeft met de nettokracht: Fnetto = mv .

Krachten de bocht om

Leerlingen zien ook hier wel wat er gebeurt. Massa 1 gaat naar beneden en neemt massa 2 mee (geen wrijving en geen massa voor touw en katrol). Inmiddels weten ze ook dat de zwaartekracht een rol speelt en de spankracht. De nettokracht kan dan ook bepaald worden.

Leerlingen hebben er moeite mee dat de spankracht in het touw gelijk moet blijven. En dat het geheel niet versnelt met g = 9,81 m/s/s. Hoe groot is de versnelling a dan wel? En hoe noteer je dat zonder getallen?

Een treintje

Geen wrijving en geen massa voor touw. Massa 1 > massa 2.

De leerlingen kunnen nu de zwaartekracht en de normaalkracht tekenen en merken dat die geen duidelijke rol spelen. De kracht F zorgt er voor dat de blokjes gaan versnellen naar rechts. Het touwtje speelt een belangrijke rol voor massa 2. Zonder touwtjs bleef blokje 2 liggen. Hoe groot is de spankracht in het touw? Hoe groot is de nettokracht op blokje 1 en 2? Wat wordt de versnelling in dit geval?

Nog een treintje

Ook hier geen wrijving en geen massa voor de touwtjes.  Massa 1 > massa 2 > massa 3

Blokje 3 komt er bij. Wat is er te zeggen over de spankracht tussen blokje 2 en 3? En over de nettokrachten op de blokjes? Zijn de nettokrachten gelijk of verschillen ze per blokje?Met welke versnelling gaat het geheel bewegen?

Zomaar een opgave

De vraag is met welke kracht er tegen het geheel aangeduwd moet worden zodat de blokjes (massa 1, massa 2 en massa M) ten opzichte van elkaar NIET bewegen. Uiteraard geen wrijving, geen massa voor katrol en touw.

Leerlingen zien dit niet zo snel. De bedoeling is dat ze relevante krachten tekenen en dan met wat wetten van Newton gaan kijken wat er gebeurt. Het antwoord wordt dan

F = …..

Bron van deze laatste opgave: Major American Universities Ph.D. Qualifying Questions and Solutions PROBLEMS AND SOLUTIONS ON MECHANICS (1994), edited by Lim Yung-Kuo

Geplaatst in Over leerlingen, Over lessen | Tags: , , , , , | Een reactie plaatsen

De kunst van het weglaten

Dan Meyer is al jaren op zoek naar manieren om leerlingen actief te krijgen bij het aanpakken van (wiskunde) opgaven. De NCTM16 presentatie gaat hier ook weer over. Eén van de dingen die hij doet is het terugbrengen van opgaven tot de essentie. Een plaatje, een video van 1 minuut, … met weinig of zelfs zonder gegevens en zonder vragen. De leerling bedenkt vragen, en als er gegevens nodig zijn dan worden die geschat of gegeven.

Bron: https://vimeo.com/163821742

Tijdens mijn Natuurkunde les in 4vwo kwam de mogelijkheid om eens te kijken hoe zoiets uitpakt. Hoewel de spontane vragen uitbleven vroeg een leerling de les erna of we dit niet vaker konden doen. Dus blijkbaar gebeurt er wel iets.

Parachutist

De parachutist is een veel besproken beweging. Hieronder de start zoals die in de methode Pulsar gemaakt wordt (4vwo, 3e druk).

Beeldcitaat: Natuurkunde methode Pulsar 3e druk

Er is een grafiek met heel veel uitleg. Misschien kan dit ook wel niet anders in een boek, maar kan het ook niet anders in een les?

Even verder komen er dan opdrachten over deze grafiek:

  • Hoe groot is de luchtweerstand op t=0s?
  • Hoe groot is de versnelling op t=0s?
  • Bereken de nettokracht op t=0s.
  • Na enige tijd is de snelheid constant. Hoe groot is dan de luchtweerstand op de parachutist?
  • Bepaal de vertraging van de parachutist bij het openen van de parachute.
  • Kort na het openen is de snelheid kleiner maar wel weer constant. Leg uit hoe groot nu de lcuhtweerstand is
  • Waaruit kan je afleiden dat de parachute erg laat is open gegaan?

Leerlingen komen bij de opgaven aan en steken eigenlijk direct hun vinger op “Meester ik snap het niet, wat moet ik doen?”. En dat kan niet de bedoeling zijn. Mijn constatering was dat leerlingen nooit goed naar de grafiek gekeken hebben. Niet serieus in ieder geval.

Op het bord zette ik de grafiek in zijn simpele vorm. Eerst dacht ik aan de grafiek met gegevens op de assen. Maar uiteindelijk heb ik de grafiek zonder gegevens gebruikt.

Volgens Dan Meyer komen er dan vanzelf allerlei vragen waarmee een dialoog gestart kan worden. In mijn klas gebeurde dat niet. Ook hulp vragen (“Wat zie je in deze grafiek?”) hielpen niet. Nu is een grafiek ook niet het meest spannende om naar te kijken dus echt verbaasd was ik niet over het uitblijven van vragen. Maar wat nu?

Om de leerlingen toch naar de grafiek te laten kijken heb ik ze de volgende opdrachten gegeven:

Zet de letter op de juiste plaats(en):

A: bij een versnelde beweging
B: bij een beweging met constante snelheid
C: bij een vertraagde beweging
D: waar de parachutist in het vliegtuig zit
E: waar de parachutist op de grond staat
F: waar de versnelling a groot is (grootste?)
G: waar de versnelling a klein is (kleinste?)
H: waar de parachutist de grootste afstand heeft afgelegd
K: waar de nettokracht 0 is
L: waar de nettokracht heel groot is
M: waar de g gelijk is aan 9,81 m.s-2 
N: waar de a gelijk is aan 9,81 m.s-2
O: waar de luchtweerstand 0 is
P: waar de zwaartekracht gelijk is aan de luchtweerstand?
Q: …

De vragen kwamen spontaan op, zijn niet echt goed doordacht en hebben ook wel wat overlap. Toch deed bijna de hele klas mee en kwam er daadwerkelijk een gesprek op gang over de plaats van de letters. Bijvoorbeeld dat K en P op dezelfde plaats staan. En waarom H niet op het hoogste punt van de grafiek ligt. Veel misconcepties kwamen langs. Veel begrip kwam langzaamaan binnen. En hoewel dit niet is wat Dan Meyer bedoelt (de leerlingen kwamen niet zelf met vragen) was het in mijn ogen een les die nuttig besteed was. In ieder geval is er gewerkt vanuit begrip.

De leerlingen die vervolgens met de opdrachten aan de gang zijn gegaan hebben geen vragen meer gesteld. Het serieus bestuderen van de grafiek gaf voldoende houvast voor het aanpakken van de opdrachten.

Het helpt om met elkaar in gesprek te gaan over Natuurkunde.

 

Geplaatst in Over leerlingen, Over lessen | Tags: , , , , , | Een reactie plaatsen

Natuurkunde is een democratisch vak

20160421_161450

Wat de eindexamenleerlingen hebben onthouden.

Eén van de punten die Dan Meyer aanstipt in zijn NCTM16 presentatie gaat over het creëren van onenigheid tussen leerlingen. Hij laat leerlingen schattingen maken en dan ontstaat er een gevecht gesprek (op 24:04). De leerlingen gaan elkaar overtuigen van hun gelijk.

Bron: https://vimeo.com/163821742

In mijn klassen gaan leerlingen af en toe stemmen op conceptvragen met niet altijd eenduidige antwoorden.

Mijn hoop is dan altijd dat leerlingen elkaar gaan uitleggen WAAROM hun antwoord het goede moet zijn. Maar vaak komt die dialoog niet goed op gang. De meester MOET het antwoord geven wat dan helaas niet gebeurt. Als je een mening hebt dan moet je die kunnen uitleggen om samen te kijken welke gedachten hier achter zitten. Blijft die discussie uit dan zal (in bovenstaand voorbeeld) “zowel A als C goed moeten zijn. Natuurkunde is immers een democratisch vak”. Leerlingen kunnen hier maar moeilijk mee omgaan. En komen er, op dat moment, dan ook niet achter dat B misschien toch wel het beste antwoord is.

Geplaatst in Over leerlingen, Over onderwijs | Tags: , , , | Een reactie plaatsen