Natk4all module Geschiedenis en Grondslagen van de Natuurkunde

Natk4all module Geschiedenis en Grondslagen van de Natuurkunde
I fully agree with you about the significance and educational value of methodology as well as history and philosophy of
science. So many people today – and even professional scientists – seem to me like someone who has seen thousands of
trees but has never seen a forest. A knowledge of the historic and philosophical background gives that kind of independence
from prejudices of his generation from which most scientists are suffering. This independence created by philosophical
insight is – in my opinion – the mark of distinction between a mere artisan or specialist and a real seeker after truth.
Albert Einstein aan R.A. Thornton
Deze module draait om begripsontwikkeling, de fysica achter de formules. Het is voor een docent niet
altijd makkelijk om leerlingen te begrijpen. Wat bedoelt een leerling bijvoorbeeld wanneer deze zegt
dat wanneer een bal op haar hoogste punt is de kracht op het voorwerp nul is? De ‘misconcepten’ die
hier een rol spelen, vormen een belangrijke bron van (spraak)verwarring in de les.
Geschiedenis en grondslagen van de natuurkunde biedt handvatten om daar mee om te gaan. Dit
vakgebied doet onderzoek naar hoe wetenschap werkt. Zo is een belangrijk historisch en filosofisch
inzicht dat de ontwikkeling van de wetenschap niet gekenmerkt wordt door een van geleidelijke
accumulatie van kennis, maar door ingrijpende veranderingen in het denken over de natuur. Oude
natuurkundige theorieën lijken op het eerste gezicht vaak vreemd en onbegrijpelijk. Maar bij nadere
bestudering blijken ze natuurlijk of weldoordacht. Ook de meest geavanceerde theorieën van deze tijd
zullen over honderd jaar achterhaald zijn. Dat maakt ze nog geen onzin.
Op deze wijze traint geschiedenis en grondslagen van de natuurkunde je vermogen om vanuit
verschillende conceptuele kaders te denken. Je leert bijvoorbeeld om hetzelfde verschijnsel met
meerdere theorieën te verklaren. Daarbij is het van groot belang dat ook de ‘achterhaalde’ theorieën
begrepen worden. Dit heeft een aantal voordelen. Het aanleren van deze theorieën stimuleert de
flexibiliteit van geest en het kritisch denkvermogen. Het maakt je daarmee tot een beter
natuurkundige. Daarnaast kunnen de nieuwere theorieën pas goed op waarde geschat worden als de
oude begrepen zijn.
Bovenal stelt het de docent in staat zijn leerlingen beter te begrijpen. Het aanleren van een nieuwe (of
oude!) theorie is bijna altijd een verwarrende ervaring. Voor de meeste van ons is het lang geleden dat
we voor het laatst dit proces hebben doorlopen. De theorieën die we doceren hebben daarmee een
zekere ‘vanzelfsprekendheid’ gekregen. Geschiedenis en grondslagen leert ons hoe weinig
vanzelfsprekend onze huidige denkbeelden eigenlijk zijn. Daarmee kunnen we ons beter in de leerling
verplaatsen. Een laatste punt is nog niet genoemd. Veel ‘misconcepten’ van leerlingen vertonen
gelijkenissen met ‘achterhaalde’ theorieën. Voor beide geldt: ze zijn helemaal zo gek nog niet.
Opzet
De module bestaat uit een combinatie van het bestuderen van historische cases en het analyseren van
een natuurkundig onderwerp.
De cases geven inzicht in belangrijke omslagen in het natuurkundig denken en onderzoeken, aan de
hand van een concreet fysisch verschijnsel. De cursisten maken opdrachten op basis van
bronmateriaal en secundaire literatuur, ter voorbereiding van de bijeenkomsten. De cursisten
verwerven kennis van de ontwikkeling van de natuurkunde, inzicht in de aard en werking van
natuurwetenschap, en een verzameling van rijke voorbeelden van natuurkundige ideeën,
waarnemingen en experimenten.
In de eigen opdracht kiezen de cursisten [alleen/twee/drietallen] een onderwerp uit het
examenprogramma natuurkunde en onderzoeken hoe geschiedenis en grondlagen de begripsvorming
van leerlingen kan ondersteunen. Hiertoe verdiepen zij zich – naar voorbeeld van de cases – in de
historische ontwikkeling en de conceptuele problemen van het onderwerp en maken een didactisch
ontwerp dat gedeeld kan worden met de community.
Globaal stappenplan (loopt parallel aan de bijeenkomsten):
- keuze van onderwerp
- identificatie van begripsproblemen bij dit onderwerp
- verdiepen in historische achtergrond
o literatuur zoeken en bestuderen
o bronmateriaal opsporen
- bespreking van verschillende manieren om het onderwerp/verschijnsel te begrijpen
- schets van didactisch gebruik van de verworven inzichten
- presentatie
Er zijn 10 bijeenkomsten van 2 uur. Daarvan bestaat het voornaamste deel uit een voordracht met
discussie over de case. Daarnaast begeleiding voor opdracht. Een aantal voordrachten zijn lezingen
van experts. Inclusief inleiding en afsluiting is er ruimte voor 8 cases.
[nog verder aan te vullen]
onderwerp
Aristoteles’ fysica
De mechanica van Galilei
en Newton
Bacon, Boyle en Newton
begrippen en verschijnselen
beweging, kosmologie
slingeruurwerk, traagheid, massa,
(aantrekkings)kracht
Luchtpomp, prisma
Leidse fles, lading, stroom, kracht
5
Franklin, Volta, Ørsted,
Ampère
Carnot, Joule, Kelvin
6
7
8
De velden van Maxwell
Einsteins relativiteit
QM
1
2
3
4
stoommachine, warmte, arbeid en
energie, entropie
inductie, veldlijnen, ether
relativiteit, lichtsignalen
spectrum, atoommodel, fotoelektrisch effect
analytische thema’s
wereldbeeld/paradigma’s, causaliteit
mathematisering, idealisering,
inductie, communicatie, model
experimentele methode,
communicatie
experiment, model
idealisering, experiment, model
verklaring, mathematisering, model
waarneming, wereldbeeld
causaliteit, hypothese
resources
• Vermij, Kleine Geschiedenis van de Wetenschap. Achtergrondliteratuur voor een algemeen
overzicht van de ontwikkeling van de natuurwetenschap
• state of the art secundaire literatuur bij de cases (1 per keer).
o overzicht maken
o plus fragmenten van bronmateriaal
inhoud en niveau
moeten we nog expliciteren. cursisten moeten state of the art literatuur uit HPS en bronmateriaal
kunnen lezen en verwerken. Ze hoeven geen zelfstandig historisch onderzoek uit te voeren, de
opdracht is analytische verwerking.
personeel en planning
Ontwikkeling module door Daan Wegener en Fokko Jan Dijksterhuis. Uitvoering en begeleiding?