Korte uitleg video’s maken

Het zal de tijd zijn maar iedereen is druk bezig om uitleg video’s te maken. Zo ook ik. Ik gebruik hiervoor Keynote. Dat is de Powerpoint die je bij Apple producten krijgt. Keynote is een gewelidig programma. Alles zit daar waar je het verwacht. Iets waar ik met Powerpoint nogal eens moeite heb. Mooi aan Keynote is dat je delen van je presentatie kan voorzien van beweging. Ook kan je alles exporteren als video. En je kan het geheel ook opnemen als presentatie waarbij Keynote een heel dashboard scherm maakt met de huidige dia, de volgende dia, de tijd, de aantekeningen bij de bladzijden, de microfoon sterkte enz. Je praat tegen je scherm, klikt wat met je muis en dan heb je vanzelf een mooie video.

Ik wil graag “live” praten bij de presentaties dus maak ik fimpjes die ik kan laten zien en waar ik iets bij kan zeggen, maar die op zich ook zelfstandig te volgen moeten zijn zonder gesproken tekst. Een paar voorbeelden hieronder.

 

 

 

 

 

Leerlingdenkbeelden: beweging

In het Handboek natuurkundedidactiek gebruiken de schrijvers het begrip “Leerlingdenkbeelden”. Leerlingdenkbeelden zijn concepten die onjuist in het hoofd van de leerling zitten. Soms is het een pre-conceptie (leerling kwam al binnen met een onjuist idee), soms is het een misconceptie (leerling voegt de nieuwe kennis onjuist samen). Maar los van de oorzaak heeft de leerling hulp nodig om zijn denkbeelden aan te pakken.

Als docent weten we dat een goede uitleg vaak niet tot een goed begrip wordt omgezet. Weten welke leerlingdenkbeelden er zijn kan helpen om de verwarring te herkennen. En soms ook kan je iets doen om de leerlingdenkbeelden aan te pakken.

Bij het onderwerp beweging gebruiken we op een gegeven moment de formule:

afstand = snelheid x tijd (s = v . t)

Leerlingen zien dit ook wel snel, als je 100km/h rijdt en je rijdt 5 uur dan ben je in Parijs (als dat 500 km ver weg is ). En tegelijkertijd introduceren we hier behoorlijk wat verwarring.

Wat bedoelen we precies met de grootheden afstand, snelheid, tijd?

We zien bijvoorbeeld:

v = s / t   [a]

a = v / t   [b]

s = 1/2 a t2 [c]

Het begrip tijd (t) is al lastig. Tijd is iets dat je kan aflezen op een klok. Maar dat wordt bij [a] en [b] eigenlijk niet bedoeld. Hier wordt het tijdsverschil bedoeld. Als je 5 uur onderweg bent (tijdsverschil), met een snelheid van 100 km/h, dan leg je 500 km af. Het maakt hierbij niet uit of we nu, gisteren, morgen die 5 uur nemen.

Maar waar bij de formules [a] en [b] inderdaad het tijdsverschil bedoeld wordt is dat bij formule [c] eigenlijk niet het geval. Hier wil je wel de klok (stopwatch) aflezen ten opzichte van een (impliciet of expliciet aanwezig) nul-punt. Hier zien we dat de s in de eerste seconde kleiner is dan in de tweede seconde (als er een positieve versnelling is) omdat het voorwerp in de eerste seconde al snelheid heeft gekregen. Je kan hier geen Δt noteren.

Beter maken we van de formules iets als:

v = Δs / Δt   [d]

a = Δv / Δt   [e]

s = 1/2 a t2 (ten opzichte van de start) [f]

Arnold Arons (Teaching Introductory Physics) vraagt zich af wat je kan doen om verwarring te voorkomen. Hij noemt bijvoorbeeld het zorgvuldiger gebruik van taal. Ook in het Engels zijn de begrippen uit de taal niet zomaar geschikt voor Natuurkunde. Zo spreekt hij over “time-intervals” en “clock-readings”.

Ook in het Nederlands lijkt het goed om telkens te benadrukken of het om een af te lezen tijd gaat of over een tijdsverschil.

Ook de afstand geeft verwarring. Docenten die zijn opgegroeid met Systematische Natuurkunde (Middelink) werken vaak met s voor afgelegde weg, en x voor de plaats. In veel methoden en ook in de Binas wordt dit onderscheid niet zo helder gemaakt. Uiteindelijk is het van belang om te weten of het gaat over twee posities (twee voorwerpen die dan een onderlinge afstand hebben), of het gaat over iets dat twee posities heeft (een voorwerp verplaatst zich en is nu hier en straks daar), of dat het gaat over de afgelegde weg (de afstand die een voorwerp heeft afgelegd). Formules blijken voor leerlingen zonder bekend te zijn met de geldigheid in verschillende situaties eigenlijk niet bruikbaar. Ze zien “een” s en ze zien “een” t en gaan dan direct rekenen om v te bepalen zonder te weten of dat zomaar kan en mag.

De snelheid geeft in het Nederlands ook al verwarring. De snelheid als “vaart” (speed), of de snelheid als vector snelheid (velocity)? Maar ook ontstaat er verwarring over een snelheidsverschil en een gemiddelde snelheid. In de formules [a] en [d] gaat het eigenlijk over de gemiddelde snelheid. Maar hoe kan een leerling dat zien aan de formule?

Jason Zumba (Force + Motion) begint zijn boek met grafieken. Van een temperatuursverloop, de hoogte van water in een vaas als het gevuld wordt met een constante waterstroom terwijl de vazen allemaal een andere vorm hebben (bol, cilinder, driehoekig), prijzen van artikelen in een winkel, … Een heel hoofdstuk gaat het over de vorm van de grafiek, hoe kan je zien dat een verandering snel gaat of langzaam (helling, raaklijn), hoe zie je dat er geen verandering is (raaklijn horizontaal), ..

Zumba maakt duidelijk dat je moet kijken naar de gegevens op de y-as (hoeveelheid) in combinatie met de gegeven op de x-as (tijd). En maakt hij dy/dt grafieken om te laten zien dat de verandering wel of niet constant is en hoe je dat kan zien in de bron grafiek. Loopt de prijs van een produkt snel op of juist niet? Neemt de water hoogte in de vaas snel toe of juist niet? Hij werkt hier natuurlijk toe naar een s,t-grafiek die, door hier een ds/dt grafiek van te maken, iets zegt over de snelheid. Of iets over de versnelling a uit een v,t-grafiek.

Het lijkt er op dat we zeer zorgvuldig moeten formuleren richting leerlingen en wellicht ook gerichte opgaven moeten oefenen om de verschillen helder te krijgen. Het lijkt niet genoeg om dit een keertje te vertellen, het heeft meer en continu serieuze aandacht nodig.

Van feedback naar feedforward

Feedback wordt gezien als een belangrijk instrument om leerlingen verder te helpen (Hattie, Visible Learning). Ik denk ook dat dit belangrijk is maar zie ook dat de feedback vaak op een verkeerd moment komt.

Een leerling maakt een toets, haalt een 3, en krijgt dan te horen wat er mis is gegaan.

Dat kan niet effectief zijn. Nu kan feedback ook eerder gegeven worden, bij een opgave, na het stellen van een vraag, … maar dat is lastiger meetbaar te maken en er schieten vaak leerlingen tussendoor. We hebben deze periode bij onze 4 vwo klassen gekeken of we leerlingen meer structureel konden voorzien van een feedforward.

Feedforward is feedback op een moment dat het er nog niet echt toe doet. Als je het straks zo doet dan …

De leerling maakt bijvoorbeeld een diagnostische opdracht en ontvangt feedback. Niet alleen op het antwoord maar ook over het proces. De notatie is onhandig, denk je aan een tekening, waarom reken je dit uit terwijl je het niet nodig hebt, denk aan de significantie, niet afronden tussendoor, …

Als alles goed verloopt en de leerling actief is bij de diagnostische opdrachten moet de beoordeling voorspellend zijn voor de er op volgende toets. Als de leerling niet actief meedoet dan zal de feedback vooral over werkhouding gaan in relatie met het gewenste niveau.

De diagnostische opdrachten laat ik soms in de klas maken (als een overhoring) en soms krijgen ze hem mee naar huis (als huiswerk) of maken ze het in groepjes in de klas (omdat de opdracht het nodig heeft dat leerlingen er over praten). En altijd volgt er een individuele feedback (vaak per mail) en een grof cijfer (meestal een 4, een 6 of een 8). Vroeger gebruikt ik een programma (ActiveGrade) voor het versturen en bijhouden van de feedback maar dat is helaas niet meer beschikbaar voor individuele docenten. Ik moet eens op zoek naar een alternatief.

Een mooie diagnostische voorbeeld opgave (te maken in groepjes) voor 4 vwo aan het einde van beweging, krachten, helling (gemaakt door juffrouwDek):

Een blokje (m = 35 kg) ligt onderaan een helling. Er wordt een duwkracht van Fduw = 340 N op het blokje uitgeoefend waardoor het blokje omhoog beweegt. Als het blokje een snelheid heeft van 5 m/s dan stopt de duwkracht.

Bepaal waar het blokje uiteindelijk definitief tot stilstand komt.

Ga er van uit dat er geen energie verloren gaat daar waar het blokje overgaat van de helling naar het horizontale vlak.

Op de helling heeft het blokje een schuifweerstand van = 100 N.
De helling maakt een hoek van 30 graden.

Dit is een opgave waar leerlingen zelfstandig meestal niet uitkomen. Het is een complex geheel en het helpt om het er met elkaar over te hebben. Ze herkennen op een gegeven moment de vier fasen in de opgave en komen dan met elkaar ook met een antwoord (5,0 [m]).

Leerlingen werken hier serieus aan, het toetsmoment is dan ook dichtbij. Leerlingen krijgen hier vooral mondelinge feedforward op hun aanpak. Wat doe je na het lezen van de vraag, waarom neem je niet even de tijd om te achterhalen wat er gebeurt, waarom maak je niet een simpele tekening, …
Wat opvalt is dat de meeste opmerkingen op dit moment overbodig geworden zijn. Met elkaar weten ze inmiddels wel wat te doen. En individuele leerlingen merken of ze veel inbreng hebben of toch moeite hebben met de opgave. En zo hebben ze hun eigen feedforward gegenereerd.

The Language of Functions and Graphs, Malcon Swan

Op 25 april 2017 is Malcom Swan op 73 jarige leeftijd overleden. Swan was vooral bekend in de wiskunde hoek waar hij onderzoek deed naar hoe je wiskunde aan kinderen kan leren.

In zijn boek: “The Language of Functions and Graphs” (1985) kijkt hij naar het belang van grafieken. De voorbeelden worden uitgebreid uitgewerkt en zijn voorzien van enkele antwoorden van leerlingen die hij vervolgens bekijkt.

De eerste  opgave van Malcon Swan heb ik als voorbeeld genomen voor de volgende opdracht “Autorit van Amsterdam naar Eindhoven”.

Downloads
Autorit.doc
Autorit.pdf

Gratis lesmateriaal over kracht en beweging

De website “Kracht en beweging, docent ondersteunend materiaal” is vooral ontstaan omdat docenten eigenwijs zijn. Hebben ze een mooie methode, vinden ze de opdrachten toch niet helemaal passend. Of vinden ze de grafieken niet duidelijk genoeg. Of zijn we op zoek naar nog een extra oefen som.

Op de website “Kracht en beweging” staan vooral veel grafieken van versnelde bewegingen, vertraagde bewegingen en bewegingen met een constante snelheid. De grafieken staan genoemd met een lesidee of in een opgave en kunnen met redelijke resolutie worden gedownload. De website heeft een cc by licentie en dat geeft docenten veel vrijheid. Het lesmateriaal staat genoemd in de inhoudsopgave, is gesorteerd per categorie en staat er ook gewoon allemaal onder elkaar.

De website gaat uit van 9 grafiekjes die de leerlingen houvast moeten bieden bij het aanpakken van opgaven over kracht en beweging.

Stroboscopische foto

Vroeger was een stroboscopische foto lastig te maken maar erg nuttig bij het analyseren van bewegingen.

Bij een stroboscopische foto wordt in een donkere ruimte een foto gemaakt met een lange sluitertijd van een bewegend voorwerp. Tijdens de beweging wordt er met een flitslamp met vaste tussentijden veel licht op het voorwerp losgelaten waardoor het voorwerp telkens een stukje verder op de foto belicht word. Het apparaat dat met een vaste frequentie lichtflisten produceert noemt men een stroboscoop.

Bron: Wikipedia

Met de foto kan gekeken worden naar de beweging. Beweging is de afstand die een voorwerp aflegt gezien in de tijd. Een auto die na een uur rijden 30 kilometer verder is had een snelheid van 30 kilometer per uur [30 km/h]. De formule die dan gebruikt wordt is:

snelheid = afstand / tijd

Bij een stroboscopische foto is de tijd tussen de belichtingen constant. De afstand kan worden opgemeten. De snelheid kan worden berekend.

Omdat het maken van een foto lastig is kwamen er al snel stroboscopische tekeningen bij.

In de meeste natuurkunde boeken komen deze stroboscopische foto’s en stroboscopische tekeningen voor om leerlingen er aan te laten rekenen. Voor leerlingen zijn deze stroboscopische foto’s of tekeningen echter vaak maar een lastig en moeilijk te begrijpen geheel. Vaak komen ze dan ook te snel. Als leerlingen nog niet voldoende weten van de relatie tussen snelheid, afstand en tijd dan is zo’n foto of tekening daadwerkelijk lastig te doorzien.

Met veel digitale camera’s van tegenwoordig kan je foto’s maken met vaste tussentijden. Met wat software kan je (delen van) deze foto op elkaar afdrukken. Ook kan je steeds vaker een aantal foto’s maken die direct op hetzelfde beeld worden afgebeeld (je hebt dan een “stroboscopische foto” echter zonder gebruik te maken van een stroboscoop).

Bron: Dan Meyer (cc-by) via zijn weblog

Ook is het tegenwoordig relatief eenvoudig om een video te maken waarbij het bewegende voorwerp van tijd tot tijd wordt vastgezet. Voor leerlingen is dit een enorme vooruitgang omdat ze sneller en beter zien waar het bij een stroboscopische foto om gaat.

Bron: http://vimeo.com/16832687

Het gebruik van een stroboscoop om bewegingen vast te leggen is sterk afgenomen. Er wordt gewerkt met een modernere variant of de strobscopische foto wordt helemaal niet meer gebruikt en leerlingen gaan met een video van een beweging “videometen”. Hierbij worden op de frames van een video punten ingevoerd en worden er “vanzelf” grafieken getekend.

Stroboscoop in de techniek.

In de techniek wordt de stroboscoop nog wel gebruikt om te bepalen hoe snel iets ronddraait zonder dat hiervoor contact nodig is met het voorwerp. Voor de wat oudere lezers is de rand van een draaitafel misschien nog bekend.

Bron: DigiDani (cc by-nc) via Flickr

Bron: Mr.Smashey (cc by-nc) via Flickr

Meestal zijn er 4 rijen met blokjes/rondjes die gebruikt worden om te kijken of de platenspeler wel de juiste snelheid heeft. De (meestal rode) lamp wordt aangestuurd door het lichtnet en heeft een frequentie van 50 Hz (50 keer per seconde). Draait de draaitafel op de juiste snelheid (voor singles 45 toeren per minuut, voor langspeelplaten 33 1/3 toeren per minuut) dan lijken de blokjes/rondjes stil te staan. Voor de landen waar de lichtnetfrequentie 60 Hz is zijn de andere twee rijen bedoeld.

Ook in deze tijd wordt de stroboscoop nog vaak gebruikt om te kijken hoe snel een motor draait. Er wordt een krijtstreepje op de draaiende as gezet en dan wordt gekeken welke frequentie het stroboscopische licht heeft als het streepje stil lijkt te staan. In onderstaande video is een sticker geplakt op het draaiende gedeelte.

Hieronder staan twee ronddraaiende streepjes. De bestanden die daaronder genoemd worden laten zien hoe het rechter streepje in een schemerige ruimte en in een donkere ruimte er voor zorgt dat het lijkt alsof het streepje stil staat. Let op: sommige mensen kunnen hierbij last krijgen van duizeligheid (epilepsie aanvallen). De bestanden worden daarom hier niet direct getoond.

Bij het gebruik van een stroboscoop is het van belang om erg voorzichtig te zijn. Het draaiende voorwerp lijkt stil te staan waardoor je snel geneigd bent om het voorwerp vast te pakken.

Bestanden (animated gif bestanden, openen in bijvoorbeeld een browser):

Plaatjes kunnen duizeligheid veroorzaken!