OPVATTINGEN OVER CONTEXTEN
advertisement
Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 1 Inhoudsopgave: 1. INLEIDING. .................................................................................................................... 2 2. OPVATTINGEN OVER CONTEXTEN. ..................................................................... 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 HET BEGRIP 'CONTEXT' ............................................................................................... 2 LERAREN OVER CONTEXTEN OP LBO EN MAVO ........................................................... 3 DE MOGELIJKE VOORDELEN VAN CONTEXTEN VOOR HET NATUURKUNDEONDERWIJS. 4 DE MOGELIJKE NADELEN VAN CONTEXTEN VOOR HET NATUURKUNDEONDERWIJS ..... 7 EEN WERKDEFINITIE VAN 'CONTEXTEN' ...................................................................... 8 3. CONTEXTEN IN EXAMENPROGRAMMA EN SCHOOLBOEKEN. ................. 10 4. CONTEXTEN EN DE LEEFWERELD VAN LEERLINGEN. ............................... 10 4.1 4.2 4.3 4.4 5. DE BELANGSTELLING VAN LEERLINGEN ................................................................... 10 DENKBEELDEN VAN LEERLINGEN: PRE- EN MISCONCEPTIES. .................................... 11 REKENING HOUDEN MET DENKBEELDEN VAN LEERLINGEN ...................................... 17 CRITERIA VOOR DE KEUZE VAN CONTEXTEN ............................................................ 17 CONTEXTEN IN DE LESSEN. .................................................................................. 18 5.1 MOGELIJKE WERKVORMEN....................................................................................... 18 5.1.1 Het gesprek met de klas ................................................................................... 19 5.1.2 Werken in groepen met contextrijk lesmateriaal............................................. 23 5.1.3 Groepswerk met thematisch lesmateriaal ....................................................... 23 5.1.4 Deskundige in de klas halen of opzoeken ........................................................ 24 5.2 AANDACHTSPUNTEN VOOR HET WERKEN MET CONTEXTEN ...................................... 24 6. PRACTICUM IN CONTEXT. ..................................................................................... 25 6.1 6.2 6.3 6.4 7. PROEVEN MET CONTEXT IN DE KLAS......................................................................... 26 PROEVEN MET CONTEXT BUITEN .............................................................................. 31 THUISPROEVEN ........................................................................................................ 33 HET SELECTEREN VAN PROEVEN MET CONTEXT ....................................................... 33 VRAAGSTUKKEN IN CONTEXTEN. ...................................................................... 35 7.1 KANTTEKENINGEN BIJ CONTEXTVRAGEN ................................................................. 35 7.1.1 Pobleem 1: de context is te mager. ................................................................. 36 7.1.2 Probleem 2: De context is te vet...................................................................... 38 7.1.3 Probleem 3: De context is niet realistisch. ..................................................... 40 7.1.4 Probleem 4: De vraag is zonder natuurkundig inzicht te beantwoorden. ...... 41 7.1.5 Probleem 5: De context wekt verwarring bij leerlingen en/of leraren. .......... 42 7.1.6 Probleem 6: De natuurkundige betekenis van een begrip kan afhangen van de context. 44 7.1.7 Probleem 7: De stappen zijn voor de leerlingen te groot. .............................. 46 7.2 SELECTIE VAN GOEDE CONTEXTVRAGEN .................................................................. 47 7.3 VOORBEELDEN VAN BETERE CONTEXTVRAGEN ........................................................ 48 7.4 BRONNEN VOOR HET VINDEN VAN IDEEËN VOOR GOEDE CONTEXTVRAGEN ............. 50 Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 1. Inleiding. (niet opgenomen) 2. Opvattingen over contexten. (bron: “werken met contexten in het natuurkunde-onderwijs, auteurs: H. Eijkelhof en K. van der Veen, uitgeverij NIB, 1989) In de afgelopen vijf jaar is in kringen van het natuurkundeonderwijs veel gesproken en geschreven over het begrip 'context', mede naar aanleiding van de veranderingen in de examenprogramma's. In de discussies en artikelen vallen twee zaken in het bijzonder op. In de eerste plaats blijkt dat het begrip 'context' op verschillende manieren wordt opgevat, zonder dat scherp wordt aangegeven wat er onder wordt verstaan. 'Context' wordt dan een soort mantelbegrip waar alles onder kan vallen. Het ontstaan van begripsverwarring en het als gevolg daarvan langs elkaar heen praten wordt daardoor bevorderd. Een tweede opmerkelijk punt is dat over de waarde van 'contexten' zeer uiteenlopend wordt gedacht. Er zijn felle voorstanders die veel heil verwachten van de introductie van contexten in het natuurkundeonderwijs. Daartegenover staan de sceptici die menen dat contexten een nutteloze belasting zullen vormen voor het natuurkundeonderwijs. In dit hoofdstuk zullen we beide punten nader uitwerken. We zetten op een rij welke opvattingen over 'contexten' bestaan en brengen de scala voor- en nadelen welke aan 'contexten' worden toegekend, in kaart. Daarbij gaan we schetsmatig te werk: dit boekje is immers bedoeld voor de docent die zich nader wil oriënteren op het werken in contexten, en is geen verslag van een wetenschappelijke studie. Tenslotte geven we aan wat wij in het vervolg van dit boekje onder het begrip 'context' verstaan. 2.1 Het begrip 'context' Het begrip 'context' is geen woord dat alleen betekenis heeft voor het natuurkundeonderwijs. Het heeft al een lange voorgeschiedenis in de taalkunde. Zo zeggen we bijvoorbeeld dat we de betekenis van een woord uit de context kunnen afleiden. We bedoelen dan, dat we uit de tekst rondom het woord (het zinsverband, de sfeer) informatie halen waaruit de bedoeling van het woord duidelijk wordt en die leidt tot een bepaalde betekenis. Bij vertalingen speelt de context ook een belangrijke rol. We kunnen bijvoorbeeld het woord 'groot' pas vertalen in het Engels als we weten in welk zinsverband 'groot' wordt gebruikt: daaruit blijkt welk van de woorden 'big', 'large', 'great', 'tall' of 'major' het meest toepasselijk is. In welke zin wordt de term 'context' nu gebruikt in het natuurkundeonderwijs? Aan het begrip 'context' wordt veel aandacht besteed in het voorstel van de Werkgroep Examenprogramma's Natuurkunde (WEN) voor een examenprogramma op D-niveau. De WEN onderscheidt daarin schoolse , buitenschoolse en nieuwe contexten. Onder context verstaat men dan de 'herkenbare samenhang met de reeds [bij de leerlingen] aanwezige gestructureerde kennis van de werkelijkheid'. Het valt op dat men contexten dus ziet als iets dat aansluit bij wat in het hoofd van de leerlingen reeds aanwezig is. De Utrechtse vakdidacticus Van Genderen heeft over 'contexten' een aantal artikelen geschreven in het tijdschrift TD en het NVON-maandblad. Daarin blijkt dat hij het niet eens is met de bovengenoemde omschrijving van de WEN van het begrip context. Hij definieert de contexten van een natuurkundige regel als 'de situaties waarin deze regel wordt aangeleerd en toegepast'. In tegenstelling tot de WEN, die de contexten meer bij de leerling legt, laat Van Genderen de contexten aansluiten bij natuurkundige regels. Praktijksituaties zijn voor hem niet hetzelfde als de belevingswereld van leerlingen. In zijn opvatting is een bekende situatie voor een leerling nog niet hetzelfde als een bekende context. Immers, een leerling kan met een bepaalde situatie, bijvoorbeeld 'fietsen' vertrouwd zijn zonder in staat te zijn natuurkundige regels in die situatie toe te passen. De situatie is dan nog geen context van een natuurkundige regel. Dat brengt ons op een tweede verschil met de opvatting van de WEN. Bij de WEN speelt de 'context' vooral een rol bij het aanleren van nieuwe kennis. Contexten fungeren dan als middel om natuurkunde te leren. Bij Van Genderen is het kunnen toepassen van natuurkundige kennis in allerlei 2 Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 3 praktijksituaties doel. Hij wil dat leerlingen natuurkundige regels leren verbinden met de werkelijkheid. Het voordeel van de opvatting van Van Genderen is, dat contexten objectiever te formuleren zijn, omdat contexten niet afhangen van wat toevalligerwijs aan gestructureerde kennis over de werkelijkheid bij leerlingen aanwezig is. En dat kan nogal eens verschillen per leerling. Aan de andere kant dwingt Van Genderen de auteurs van examenprogramma's daarmee om contexten scherp te formuleren. Immers, de programma's moeten aangeven aan welke praktijksituaties de leerlingen natuurkundige regels moeten kunnen verbinden. 'Het menselijk lichaam' is dan te breed als context, omdat hieraan vele, zeer uiteenlopende fysische regels kunnen worden gekoppeld. Hij ziet 'het menselijk lichaam' dan ook als een werkelijkheidsdomein (door anderen ook wel contextgebied genoemd), waarbinnen contexten veel specifieker moeten worden geformuleerd. Voorbeelden van zeer verschillende contexten binnen dit contextgebied zijn 'luisteren naar muziek', 'tillen van zware voorwerpen', 'sport' en 'zien'. Bovenstaand verschil van interpretatie van context vinden we ook terug bij de betekenis die wordt toegekend aan schoolse en buitenschoolse contexten. Volgens de WEN ontstaan de eerste uit ervaringen in de klas en de tweede uit ervaringen opgedaan buiten de les. Aan buitenschoolse contexten worden door de WEN drie aspecten toegekend: fysische/technische, persoonlijke en maatschappelijke. Van Genderen omschrijft schoolcontexten als situaties in schoolproeven en opgaven, en praktijkcontexten als situaties in de natuur, de techniek en het onderzoek. Voor hem is de verbinding van fysische regels met schoolcontexten middel, en de verbinding met praktijkcontexten doel. Van Genderen meent dat contexten, evenals natuurkundige regels, leerstof zijn. Hij erkent dat de toevoeging van contexten voor de leerling verzwaring betekent van het programma, maar meent dat dit moet worden gecompenseerd door allerlei soorten opgaven uit te sluiten die niet duidelijk bijdragen aan de verbinding tussen regels en praktijkcontexten. Kort samengevat vindt u het verschil tussen beide opvattingen over contexten in figuur 2.1. Figuur 2.1: VERGELIJKING VAN 2 OPVATTINGEN OVER CONTEXTEN WEN-rapport mavo Van Genderen definitie herkenbare samenhang met de reeds aanwezige gestructureerde kennis van de werkelijkheid ontstaat uit ervaringen in de klas situatie waarin een natuurkundige regel wordt aangeleerd en toegepast schoolse context ontstaat uit ervaringen in de klas situaties in schoolproeven en schoolse opgaven buitenschoolse context ontstaat uit ervaringen opgedaan buiten de les praktijkcontexten: situaties in de natuur, de techniek en het onderzoek doel/middel contexten zijn middel contexten zijn middel en doel In laatste paragraaf van dit hoofdstuk zullen we onze eigen opvatting over contexten geven. 2.2 Leraren over contexten op lbo en mavo Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 4 Naar ons weten is er nog geen onderzoek gedaan naar de opvattingen van natuurkundeleraren op lbo- en mavo-scholen over het gebruik van contexten. Die opvattingen zijn er natuurlijk wel. Ze kwamen bijvoorbeeld tot uitdrukking op de conferentie die het SiO (het project Scholen in Ontwikkeling) in april 1987 organiseerde voor leraren natuurkunde op lbo en mavo met als thema het nieuwe examenprogramma, dat net was verschenen. We hebben ons oor daar te luisteren gelegd om een indruk te krijgen wat leraren denken bij de term 'context'. Ook in het verslag van de conferentie vinden we vele opmerkingen met betrekking hiertoe. Tabel: UITSPRAKEN VAN DOCENTEN OVER 'CONTEXTEN' 1. Nadelen van contexten: (1) 'contexten versluieren de natuurkunde' (2) 'door contexten verliezen de leerlingen het essentiële (de door ons gewenste) natuurkundige begrippen uit het oog' (3) 'kwalitatieve contexten kosten veel tijd' (4) 'tekstverwerking gaat een te grote rol spelen' (5) 'het verbale aspect gaat overheersen' 2. Onduidelijkheid over contexten: (6) 'contexten zijn te ruim'. (7) 'contexten zijn te onduidelijk omschreven' (8) 'moet je nu van context naar leerstof of van leerstof naar contexten werken' 3. Voordelen van contexten: (9) 'contexten maken meer aandacht voor actuele zaken mogelijk' (10) 'contexten zijn concreter voor leerlingen' (11) 'contexten maken meer afwisseling in de les mogelijk' (12) 'contexten werken motiverend' De tabel pretendeert niet volledig te zijn. Ze laat wel zien dat opvattingen over het nut van contexten kunnen verschillen. Bij de nadelen vinden we drie argumenten: het overheersen van de contexten zou ten koste gaan van de te leren natuurkunde (l en 2), de extra tijd die het kost (3) en de te grote invloed van taal (4 en 5). Samengevat zouden we kunnen zeggen dat men vreest dat contexten een ballast betekenen voor het leren van natuurkunde. De contexten worden betrekkelijk los gezien van te leren natuurkunde: ze kunnen zonder veel schade worden weggelaten. Als voordelen van contexten vinden we in dat de natuurkunde-inhouden in de lessen interessanter (9, 11 en 12) en herkenbaarder (10) zouden worden voor leerlingen: men veronderstelt dat de leerlingen dan met meer plezier naar de natuurkundelessen zullen gaan, niet zozeer dat ze beter natuurkunde leren. Tussen beide opvattingen over het nut van contexten staan de uitspraken waaruit onzekerheid blijkt over hoe met contexten moet worden gewerkt: men vindt de formuleringen te ruim, niet specifiek genoeg (6 en 7) of weet niet op welk moment in de lessenserie over een bepaald onderwerp contexten een plaats moeten krijgen (8): moet je de natuurkundige leerstof nu ontlenen aan de contexten of moet je eerst de leerstof behandelen en deze pas daarna gaan toepassen in diverse contexten? Niet duidelijk is uit deze uitspraken wat precies onder contexten wordt verstaan. Daarom is het moeilijk deze uitspraken precies op waarde te schatten. Ze geven echter wel de authentieke opvattingen over contexten van leraren weer waar rekening mee moet worden gehouden. In de volgende paragrafen zullen we op deze opvattingen terugkomen wanneer we op een systematische wijze de mogelijke voor- en nadelen van contexten in kaart zullen brengen. 2.3 De mogelijke voordelen van contexten voor het natuurkundeonderwijs. Vele auteurs hebben de voordelen van contexten beschreven. Eigenlijk zouden we aan al deze auteurs recht moeten doen door naar hun werk te verwijzen. Dit boek zou dan echter erg omvangrijk Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 5 worden en wellicht voor velen onleesbaar. Vandaar dat we dat niet doen. We zullen in plaats daarvan de voordelen van contexten proberen samen te vatten op een manier die ook voor niet-ingewijden te begrijpen is. Puntsgewijs noemen we eerst de verschillende voordelen. Daarna bespreken we ze. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Via contexten is nieuwe kennis makkelijker te verwerken. Door contexten raakt kennis beter verankerd in het geheugen. Contexten bieden de mogelijkheid om rekening te houden met leerlingdenkbeelden. Contexten motiveren leerlingen tot leren. Door contexten leren leerlingen hun kennis daadwerkelijk te gebruiken. Contexten kunnen gebruikt worden om de examenstof in te perken. ad 1. Via contexten is nieuwe kennis makkelijker te verwerken Abstracte kennis zegt veel mensen pas wat als ze gezien hebben hoe de kennis in de praktijk wordt gebruikt. Het krijgt dan pas betekenis. Abstracties bevatten bijvoorbeeld vaak ordeningen; zolang we niet vertrouwd zijn met de elementen die geordend worden, zegt de ordening ons niet veel. Hetzelfde geldt voor definities van begrippen. Zo'n definitie kan door een leerling uit het hoofd worden geleerd, maar betekent weinig voor hem/haar als niet duidelijk is waarom de definitie zo en niet anders is geformuleerd. Contexten maken het mogelijk te beginnen met de praktijk, bij voorkeur met een praktijk die redelijk bekend is. Dat laatste heeft de voorkeur, omdat dan niet alleen de nieuwe leerervaring zelf een rol speelt, maar ook vele leerervaringen van leerlingen in het verleden. Vandaar dat bijvoorbeeld een contextgebied als "verkeer" geschikt is om te gebruiken bij het leren van de mechanica. Leerlingen hebben veel ervaringen in het verkeer: met optrekken en remmen van voertuigen, met rijwind, met iemand op de bagagedrager van de fiets, met hellingen, met het aanduwen van auto's, met bochtenwerk, met gladde wegen, met zachte banden, met reactietijd, met remweg, met spierkracht, met traagheid enz. Leerlingen verwerken de natuurkunde beter als ze die kunnen plaatsen tegen de achtergrond van die ervaringen. Ze kunnen zich er dan ook beter een voorstelling van maken. ad 2. Door contexten raakt kennis beter verankerd in het geheugen Dit punt sluit aan bij het vorige. Het heeft ook te maken met de manier waarop onze hersenen functioneren. Kennis wordt niet als afzonderlijke brokjes in het geheugen opgeslagen. Probeert u maar eens een lijst van 25 willekeurige cijfers te onthouden. Tien tegen een dat u probeert een ordenend systeem in de getallenreeks te vinden. Wij mensen zijn steeds bezig om te ordenen in ons hoofd. Denkt u maar aan ezelsbruggetjes: dat zijn ook pogingen om te ordenen door aan te sluiten bij wat we al weten. Een deskundige is niet iemand die veel losse feiten in het hoofd heeft, maar iemand die de grote lijnen kan zien, die door de bomen het bos blijft zien, die wegwijs weet in de verwarrende hoeveelheid weetjes en snel de benodigde informatie kan vinden. Naarmate we meer samenhang zien, kunnen we zaken ook langer onthouden: de kennis beklijft dan beter. Een context houdt per definitie samenhang van kennis in. Een proef op de fiets waaruit iets nieuws wordt geleerd of een film over een botsing van voertuigen maken het voor de leerlingen mogelijk het geleerde te relateren aan wat ze al weten. Het zojuist geleerde wordt dan veel minder snel vergeten dan wanneer een en ander wordt geleerd aan de hand van een abstracte opgave bijv. over een puntmassa die wrijvingsloos beweegt over een denkbeeldig oppervlak. Dat wil niet zeggen dat dergelijke opgaven niet zouden mogen. Voor veel leerlingen bieden ze echter niet een geschikte ingang voor een nieuw leergebied. ad 3. Contexten bieden de mogelijkheid om rekening te houden met leerlingdenkbeelden. Onderzoek heeft uitgewezen dat leerlingen geen blanco bladen zijn die naar believen door leraren kunnen worden beschreven. Wanneer leerlingen een les volgen over een bepaald onderwerp brengen ze in hun bagage veel denkbeelden mee over verklaringen voor verschijnselen en over de betekenis van begrippen zoals ‘kracht’, 'stroom’ 'energie”, 'licht' en 'straling'. Die verklaringen en betekenissen komen vaker niet dan wel overeen met de natuurkundige. Gebleken is dat de combinatie goed uitleggen en het negeren van deze denkbeelden niet werkt. Leerlingen gaan dan allerlei betekenissen door elkaar halen en dat breekt ze vooral op als toetsvragen in context worden gesteld. Door in geschikte contexten les te geven kunnen dit soort denkbeelden in de klas ter sprake komen en hebben de leerlingen meer kans om in te zien wat de verschillen zijn tussen leefwereldbegrippen en natuurkundige begrippen, ofwel tussen het normale 'gezond verstand denken en het natuurkundige denken. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 6 ad 4. Contexten motiveren leerlingen tot leren Voor veel leerlingen is leren niet leuk, omdat ze er de zin niet van inzien. Leren wordt pas leuk als je weet waar je het voor doet, als je merkt dat je op een andere manier tegen je omgeving bent gaan aankijken, als je iets begrijpt wat je tot dan toe ontging, als je de betekenis van iets begint in te zien; kortom als je leerwinst ervaart. We kunnen ons zelfs afvragen of veel leerproblemen niet voortkomen uit een gebrek aan inzet bij een leertaak, uit een tekort aan tijd en concentratie Een aantal leraren heeft de ervaring opgedaan dat leerlingen via contexten met meer interesse de les volgen. Via contexten is het immers mogelijk aan te sluiten bij de interesse van leerlingen, waardoor ze meer geconcentreerd en zich met meer inzet zich wijden aan de leertaak. Als docent is het mogelijk via contexten meer afwisseling in de les te brengen en ook dat komt de motivatie ten goede. Natuurlijk kunnen niet alle leerproblemen op deze manier worden opgelost Wel wordt dan duidelijker waar de echte leerproblemen uit bestaan, versluierd als ze nu vaak zijn door de desinteresse bij leerlingen omdat ze de leertaak als puur schools, saai en verder irrelevant beschouwen. ad 5. Door contexten leren leerlingen hun kennis daadwerkelijk te gebruiken Dit voordeel heeft te maken met het doel van onderwijs. Het gaat niet op als het doel alleen is het examen te halen. We hebben hierbij als leerdoel m gedachten dat leerlingen leren kennis te gebruiken in het dagelijks leven, ook die leerlingen die om een of andere reden het examen niet halen. Het kunnen gebruiken van het in de klas geleerde in de praktijk blijkt niet vanzelf te gaan. Als leerlingen niet hebben geleerd hebben hun kennis toe te passen dan lukt slechts weinigen van hen dit op eigen houtje te doen. Zodra hun een vraag wordt gesteld die even buiten de schoolse context ligt, vallen ze terug op hun leefwereldideeën en lijkt het alsof ze niets hebben opgestoken van de lessen. Dat laatste is niet waar: ze hebben alleen niet geleerd iets met hun kennis te doen. ad 6. Contexten kunnen gebruikt worden om de examenstof in te perken Een voordeel van contexten in examenverband mag op deze plaats niet onvermeld blijven en dat is dat contexten ook inperkend kunnen werken. In principe mocht bij de oude programma's in alle contexten gevraagd worden. Dat gebeurde niet op basis van de gegroeide examenpraktijk. Als men er echter voor kiest om de natuurkunde meer aan het dagelijks leven te koppelen dan is het hek van de dam. De meest uiteenlopende praktijksituaties kunnen dan op examens aan bod komen, wat grote onzekerheid bij leerlingen en docenten kan geven. Het voorschrijven van enkele contexten betekent enige rust op dit punt. Alleen een beperkt aantal vragen zal dan immers gaan over onbekende contexten. Dat komt de voorspelbaarheid van het examen ten goede. Het zal u inmiddels duidelijk zijn dat de genoemde voordelen met elkaar samenhangen. Ze zijn niet scherp te scheiden. Aan de andere kant kunnen ze wel onderscheiden worden. U hoeft het namelijk niet met elk van de genoemde voordelen eens te zijn om toch meer met contexten te willen werken. Sommige voordelen hebben betrekking op het op gang brengen van het leerproces: een interessante context (4) kan bij leerlingen associaties oproepen waardoor ze nieuw aangeboden leerervaringen kunnen plaatsen tegen de achtergrond van hun eigen ervaringen (l) en denkbeelden (3), die nauw met elkaar verweven zullen zijn. Tijdens het leerproces kunnen interessante contexten (4) de aandacht van de leerlingen vasthouden en kunnen deze helpen tegelijkertijd de nieuwe kennis in verband te brengen met het reeds bekende, waardoor de leerlingen het geleerde langer kunnen onthouden (2). Door contexten aan het eind van het leerproces te gebruiken leren de leerlingen hun kennis te gebruiken in buitenschoolse situaties. Blikken we terug op tabel 2-1 dan zien we dat de daar genoemde vier voordelen een plaats hebben gekregen in het bovenstaande, alleen aangevuld, anders geordend en verder uitgediept. In dezelfde tabel zien we echter ook een aantal nadelen van contexten. In de volgende paragraaf zullen we stilstaan bij de problemen die het werken met contexten kunnen oproepen. Immers contexten vormen geen panacee voor alle onopgeloste problemen in het onderwijs; integendeel, er kunnen er zelfs een aantal bijkomen als we niet uitkijken. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 7 2.4 De mogelijke nadelen van contexten voor het natuurkundeonderwijs Over de nadelen van contexten bestaan niet zoveel publicaties als over de voordelen. Dat heeft waarschijnlijk te maken met het feit dat wie er weinig voor voelt er ook niet aan zal beginnen. Dat betekent dat tegenstanders van contexten weinig ervaringen te rapporteren hebben. Toch zijn er wel degelijk bezwaren tegen onoordeelkundig gebruik van contexten aan te voeren, bijvoorbeeld op basis van ervaringen die zijn opgedaan in het PLON-project. We noemen ze weer eerst en zullen ze daarna bespreken. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Contexten overwoekeren de natuurkunde. Contexten kosten veel tijd. Door contexten verwateren de grenzen tussen de vakken. Contexten vragen te veel van de docent. Bij contexten domineert taal. Contexten zijn niet te toetsen. ad 1. Contexten overwoekeren de natuurkunde Contexten zijn bijna altijd complex. Ze bevatten vele aspecten die op zich allemaal interessant kunnen zijn, maar die tegelijkertijd ook de in deze situaties te hanteren natuurkunde volkomen kunnen ondersneeuwen. Neem het contextgebied "verkeer" en daarbinnen het aspect "verkeersveiligheid". Aan "verkeersveiligheid" zitten velerlei aspecten, bijvoorbeeld juridische (wettelijke regels, aansprakelijkheid), economische (kosten van uitvoering van veiligheidsvoorschriften, kosten van ongevallen), medische (aard van letsel, revalidatie), statistische (aantal slachtoffers, kans op ongeval), geografische (aanleg van gescheiden rijstroken), psychologische (gevaarsbeleving, rijmentaliteit), biologische (kwetsbaarheid van het menselijk lichaam, invloed van alcohol en drugs) en technische (constructie van de auto, aard van het wegdek). Wanneer al deze aspecten de aandacht krijgen zal het voor de leerlingen moeilijk zijn om tot fysische begripsvorming te komen. Die andere aspecten leiden de aandacht af - ze kunnen heel saillant zijn en vereisen bovendien steeds een andere manier van denken over verkeersveiligheid (vanuit verschillende disciplines). Een remedie is de context in te perken. Alleen die aspecten zouden dan de volle aandacht moeten krijgen die bij kunnen dragen tot fysische begripsvorming, bijvoorbeeld doordat met behulp van fysische regels beter begrepen kan worden wat het nut is van diverse veiligheidsvoorzieningen of -maatregelen (autogordels, helmen, kooiconstructies, maximumsnelheid). ad 2. Contexten kosten veel tijd Contexten kosten tijd, dat staat vast. Ze kosten zelfs heel veel tijd wanneer contexten breed aan bod komen in de zin als hierboven besproken aan de hand van "verkeersveiligheid". Rekening moet worden gehouden met de beperkte tijd die beschikbaar is voor het behandelen van de in het examenprogramma genoemde begrippen. Ook om deze reden lijkt inperking van de breedte van de contexten gewenst. ad 3. Door contexten verwateren de grenzen tussen de vakken Contexten zijn zelden puur fysisch. Bijna altijd zijn er gebieden van overlap of raakvlakken met andere disciplines. Het gevaar bestaat dat leerlingen de indruk krijgen dat het steeds om meer van hetzelfde gaat. Je hoort dan wel reacties zoals: "alweer energie; dat hebben we bij aardrijkskunde al gehad". Leerlingen ontgaat het dan, dat de natuurkundige benadering van het energievraagstuk een andere is dan de geografische. Het lijkt ons daarom belangrijk aan leerlingen duidelijk te maken waar die verschillen in zitten en dat de verschillende benaderingwijzen elkaar kunnen aanvullen. Dat onderstreept het belang van selectie in de te behandelen praktijksituaties. ad 4. Contexten vragen te veel van de docent Docenten zijn meestal niet zo breed opgeleid dat ze deskundig zijn op alle contextgebieden. De vrees bestaat bij sommige docenten dat je dat zou moeten zijn om met contexten te kunnen werken in de klas. Dat is een misverstand. Men hoeft geen medicus of medisch fysicus te zijn om context 8 (het menselijk lichaam) te gebruiken. Vaak geeft het lezen van bijv. een artikel in “Natuur en Techniek” voldoende achtergrondinformatie voor een bepaalde praktijksituatie. In de loop van de jaren kan een docent een verzameling aanleggen van geschikte praktijksituaties. ad 5. Bij contexten domineert taal Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 8 Als bezwaar tegen contexten wordt ook wel aangevoerd dat contexten veel vragen van de taalvaardigheid van de leerlingen. Het argument luidt dan verder dat lbo-leerlingen zwak in taal zijn en dat contexten daarom niet zo geschikt zijn voor deze leerlingen. Het valt niet te ontkennen dat veel lbo-leerlingen niet sterk zijn in Nederlands. Veelal is dit ook niet hun moedertaal. Het is echter niet zo dat contexten alleen via lappen tekst aan de orde kunnen komen. Informatie kan visueel worden aangeboden, bijv. via video, dia's of posters. Ook (huishoudelijke of industriële) apparaten kunnen een rol spelen. En praktisch inzicht is bij lbo-leerlingen vaak weer beter ontwikkeld dan bij hun vriend(innet)jes in andere schooltypen. Bovendien is taalzwakte geen sterk argument om taal dan maar zoveel mogelijk te vermijden. Immers, men kan daaruit ook de conclusie trekken dat taal daarom extra aandacht verdient. Daarmee bedoelen we niet lappen tekst doorlezen. Dat kan ook door korte stukjes relevante tekst aan te bieden met enkele duidelijke vragen waarop het antwoord in de stukjes is te vinden. Dat is wat anders dan tekstverklaren zoals in het vak Nederlands gebruikelijk is. De inhoud doet er dan niet zoveel toe. In de bedoelde opdrachten gaat het juist wél om die inhoud, om te leren natuurkundige kennis te herkennen, te verwerven en te gebruiken. ad 6. Contexten zijn niet te toetsen Tenslotte bespreken we het argument dat contexten toetsproblemen opleveren. Men spreekt in dit verband over problemen met de beoordeelbaarheid van de gegeven antwoorden. Dit zou het gevolg zijn van het afstand nemen van geabstraheerde en geformaliseerde kennis, en dus van het binnenhalen van alle complicaties die 'het ware leven' eigen zijn. Inderdaad is een contextvrije vraag gemakkelijker te beoordelen op goed en fout, omdat elke gelijkenis met de bestaande praktijk zoveel mogelijk is verwijderd. Daartegenover kan worden gesteld dat dit soort kale situaties niet zo’n goede oefening is voor het leren gebruiken van natuurkunde in de praktijk. Uit onderzoek blijkt dat het de meeste leerlingen niet lukt om zelf tot een dergelijk gebruik van natuurkunde in het dagelijks leven te komen. Bovendien is het de vraag hoe erg het is dat een antwoord niet simpel met goed of fout is te duiden. Dergelijke antwoorden zijn best op kwaliteit te beoordelen. Het komt dan echter meer op de gehanteerde werkwijze aan dan op het goed of fout zijn van het uiteindelijke antwoord. We zijn ons ervan bewust dat niet iedereen overtuigd is van het nut van het werken in contexten na lezing van bovenstaande overwegingen. Dat was ook niet de bedoeling. Wél de bedoeling was om de argumenten te geven op basis waarvan sommige mensen voorstander zijn van het werken in contexten en andere tegenstander. Hopelijk dragen deze overwegingen er toe bij bewuster te kiezen voor de manier waarop contexten een plaats krijgen in het onderwijs. Er zijn immers vele manieren waarop met contexten kan worden gewerkt. In de volgende hoofdstukken zullen we laten zien welke mogelijkheden er zoal zijn. 2.5 Een werkdefinitie van 'contexten' Na kennis genomen te hebben van de verschillende opvattingen over de betekenis van het begrip 'context' en over de waarde ervan voor het natuurkundeonderwijs ontstond bij de medewerkers aan het project VNL de behoefte aan een werkdefinitie over 'contexten'. Daarmee zou het werken aan een handleiding kunnen worden afgebakend en zou spraakverwarring kunnen worden voorkomen. Zo'n spraakverwarring bespeurden we bijvoorbeeld in de bovengenoemde argumenten voor en tegen contexten. Daarbij hebben we overwogen om een breed begrip 'context' te gebruiken, omvattende schoolse en buitenschoolse contexten. Omdat over schoolse contexten al veel bekend is, leek het ons beter ons te concentreren op buitenschoolse contexten, ook wel 'praktijkcontexten' genoemd. Dat heeft het nadeel dat steeds zo'n lang, en weinig fraai woord moest worden gebruikt. Vandaar dat we hebben gekozen voor de volgende werkdefinitie: "Contexten zijn praktijksituaties uit het persoonlijk leven en de maatschappij waarin leerlingen natuurkundige inhouden aanleren en toepassen". Deze definitie ligt dichter bij die van Van Genderen dan bij die van de WEN Argumenten hiervoor zijn: Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. dat zo contexten beter te omschrijven zijn: ze zijn minder gebonden aan de individuele kennis van leerlingen dat de plaats van de natuurkunde duidelijker is: het gaat om situaties waarin de natuurkunde wordt gebruikt. Een verschil met Van Genderen's definitie is dat 'schoolse contexten' door ons niet in beschouwing worden genomen. Dat wil niet zeggen dat we schoolse proeven schoolse voorbeelden enz. niet belangrijk vinden: naar onze mening zijn ze echter meer middel dan doel, terwijl onze 'contexten' zowel middel als doel zijn. In de loop van het jaar bleek deze definitie zeer bruikbaar en daarom hanteren we haar ook in de volgende hoofdstukken van dit boekje. 9 Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 10 3. Contexten in examenprogramma en schoolboeken. (niet opgenomen (verouderd)) 4. Contexten en de leefwereld van leerlingen. Werken met contexten maakt het mogelijk beter aan te sluiten bij de leefwereld van leerlingen. De verwachting is dat zo o.a. beter kan worden ingespeeld op hun voorkennis en interesse. Daarom gaan we eerst in op de vraag welke contexten de belangstelling van leerlingen hebben Aansluiten bij de voorkennis betekent echter ook dat reeds bestaande denkbeelden en denkwijzen van de leerlingen worden geactiveerd. Deze denkbeelden en denkwijzen blijken vaak anders van aard te zijn dan de natuurkundige. Wat zijn die denkbeelden, hoe hardnekkig zijn ze en hoe kunnen we daar in het onderwijs rekening mee houden? Tenslotte staan we stil bij de vraag hoe een keuze te maken uit de veelheid aan contexten die aan bod zouden kunnen komen in het onderwijs. Immers het aantal mogelijkheden is bijna onbeperkt groot en te veel van het goede is niet gewenst. Welke factoren zijn waard te worden meegewogen? 4.1 De belangstelling van leerlingen Een van de leraren die meewerkte aan dit project en die vrij veel met contexten werkt heeft eens met zijn 3-lbo leerlingen gesproken over wat zij nou vonden van contexten' . De meesten waren daar zeer positief over. Ze kwamen met opmerkingen als: "dan weet je beter hoe het werkt" "je kunt het beter onthouden" "je neemt het beter op" "het is niet zo droog" "je kunt je er wat bij voorstellen". Slechts één van zijn leerlingen was negatief over contexten, hu vond het zo ingewikkelder en vond het veel tijd kosten. Als interessante contexten in het derde jaar herinnerden de leerlingen zich 'bruggen', 'het meten van het geluidsniveau van een brommer', 'geluidsapparatuur' en 'het fototoestel'. Nu kan men natuurlijk geen conclusies trekken over de belangstelling van Nederlandse leerlingen aan de hand van een klassendiscussie m een klas. En ook is het niet goed mogelijk te spreken over DE belangstelling van leerlingen. Geen leerling is hetzelfde: wat de een prachtig vindt, is voor een ander stomvervelend. Bovendien is de belangstelling nogal aan mode onderhevig: in het ene Jaar willen ze alles weten van kernenergie, een paar jaar later is het onderwerp uit en kun je ze er moeilijk mee boeien. Actualiteit en veranderingen in de heersende mode spelen daarbij natuurlijk een rol. Toch zijn er wel enkele algemene kenmerken te geven van contexten die de interesse van veel leerlingen hebben. We noemen er drie: 1. VEILIGHEID EN GEZONDHEID, bijv.: verkeersveiligheid: werking van veiligheidsgordels, helmen, remmen, botsingen, remweg, reactietijd gevaren van elektriciteit: hoogspanning, isolatie, elektriciteit in vochtige ruimtes, electrocutie, veilig werken, schrikdraad, veiligheid van elektrische apparaten, aardlekschakelaar, randaarde straling: effecten van straling, beschermingsmaatregelen, de risico's van ongevallen in nucleaire installaties, effecten van kernexplosies, gebruik van straling in de gezondheidszorg, voedselbestraling 2. ACTUALITEIT, bijv.: Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 11 een natuurverschijnsel dat aandacht krijgt in de media: een komeet, een onverwachte weersomslag, een zons- of maansverduistering, abnormaal grote hagelkorrels milieuverontreiniging: broeikaseffect, gat in de ozonlaag, smog, zure regen uitvindingen: t.b.v. industrie, luchtvaart, verkeer, defensie, telecommunicatie 3. KWALITEIT EN MOGELIJKHEDEN VAN APPARATUUR, bijv.: nieuw apparaat op de markt: CD-speler, videoplaat, fietscomputer, 3D-TV kwaliteit van huishoudelijke en hobby-apparaten: geluids- en optische apparatuur, auto's Opgemerkt dient te worden dat wel gebleken is dat jongens en meisjes doorgaans niet dezelfde interesses hebben. Ruwweg gezegd, meisjes hebben meestal veel belangstelling voor l en jongens vooral voor 3. Wat overigens niet wil zeggen dat jongens niet in l en meisjes niet in 3 zijn geïnteresseerd. De verschillen zijn relatief. Soms wordt als bezwaar tegen enkele van de bovengenoemde contexten aangevoerd dat ze zo negatief zijn en deprimerend kunnen werken op leerlingen. Voorbeelden van dit soort contexten zijn kernexplosies, milieuverontreiniging, ongevallen in nucleaire installaties en elektrocutie. Het zou inderdaad bezwaarlijk zijn het hele onderwijs rond dit soort contexten te organiseren. Aan de andere kant moet worden bedacht dat leerlingen dit soort zaken ook buiten school tegenkomen. Verder blijken verreweg de meeste leerlingen wel bestand tegen de bespreking van dit soort minder plezierige zaken in onze samenleving. Bovendien zou je als docent er naar kunnen streven vooral de aspecten van beveiliging en bescherming aandacht te geven. Het verdient aanbeveling het niet te laten bij het constateren van ongewenste effecten. Dus niet alleen de effecten van straling bespreken maar ook de manieren om absorptie van straling te reduceren en te voorkomen; niet alleen de toestand van het milieu, maar ook manieren om de verslechtering van het milieu tegen te gaan. Tot zover onze opmerkingen over de te verwachten belangstelling bij leerlingen voor bepaalde contexten. Ze zijn niet bedoeld om aan te geven dat men al deze contexten aan bod dient te laten komen of dat men zich tot dit soort contexten moet beperken. Keuzes dienen zeker te worden gemaakt waarbij diverse zaken, niet alleen de belangstelling van leerlingen, een rol spelen. Soms kan het om didactische redenen zelfs nuttig zijn om een vrij onbekende context te kiezen, bijvoorbeeld omdat deze zo geschikt is om een aantal inhouden te laten toepassen of om enige verrassing teweeg te brengen in de klas. Op dit soort factoren komen we aan het eind van dit hoofdstuk nader terug. 4.2 Denkbeelden van leerlingen: pre- en misconcepties. De laatste jaren gaan steeds meer leraren, gesteund door resultaten van onderzoek, ervan uit dat leerlingen geen onbeschreven bladen zijn die slechts door leraren hoeven te worden ingevuld. Leerlingen blijken al veel te weten, kennis die niet alleen is opgepikt tijdens eerder onderwijs maar ook in allerlei buitenschoolse situaties, in gesprekken met familieleden en vrienden, door naar de TV te kijken en te luisteren, door kranten en tijdschriften te lezen. Taal speelt daarbij een belangrijke rol. Veel fysische begrippen hebben in het dagelijks leven een andere betekenis. Enkele voorbeelden. In de nieuwe Van Dale vinden we voor KRACHT onder andere de volgende betekenissen genoemd: 1. fysiek vermogen (kracht in armen, krachten nemen af) 2. elke oorzaak die in staat is een lichaam te verplaatsen of te vervormen, oorzaak van een vormverandering of versnelling (parallellogram van krachten: kracht grijpt aan, middelpuntvliedende kracht) 3. vermogen om naar buiten invloed te oefenen (kracht van het vlees, kracht van de wijn) 4. geestelijk en zedelijk vermogen van de mens (in de kracht van zijn leven, geestkracht) Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 12 We kunnen constateren dat veel van deze betekenissen niet-fysisch zijn: aan ‘kracht' worden betekenissen toegekend die beter passen bij begrippen als vermogen en energie lichamen kunnen zich ook verplaatsen als er geen kracht aanwezig is immers: “zijn ze dan in beweging dan blijven ze in beweging”. middelpuntvliedende krachten zijn schijnkrachten Het valt te verwachten dat leerlingen zonder de definities van Van Dale te kunnen geven, toch dit soort associaties hebben wanneer ze het woord 'kracht' horen. Een ander voorbeeld is de term ENERGIE- wederom in Van Dale vinden we als betekenissen: 1. kracht waarmee men iets doet 2. toestandsgrootheid waarvan de vermeerdering bij toestandsverandering gegeven wordt door het verschil van toegevoegde warmte én door het systeem verrichte arbeid. De laatste betekenis is een van de fysische manieren om het begrip te omschrijven leerlingen zullen echter vaak de eerste betekenis voor ogen hebben. Deze sluit aan bij de betekenissen die Van Dale geeft aan ENERGETISCH- "als een kracht werkzaam” en ENERGIEK: “vervuld van een krachtig en volhardend streven om een doel te bereiken”. Omdat dit soort leefwereldbetekenissen als het ware dagelijks worden bevestigd, is het niet simpel ze te veranderen. Wat heeft dit alles nu te maken met contexten vraagt u zich misschien af. Naar onze mening is het waarschijnlijk dat door het gebruik van herkenbare contexten dit soort leefwereldbetekenissen worden opgeroepen. Immers, leerlingen worden daarmee aangemoedigd om associaties te maken met de context die aan de orde wordt gesteld door de docent. Wanneer de natuurkunde kaal wordt aangeboden zou dat probleem minder kunnen spelen, omdat leerlingen de natuurkunde dan als een gesloten systeem zouden kunnen zien, net als een spel zoals schaken, dat ook weinig associaties met oorlog zal oproepen. Verdient het daarom aanbeveling geen contexten te behandelen? Dat heeft te maken met het doel dat U zich stelt t.a.v. het natuurkunde-onderwijs Als natuurkundeonderwijs slechts dient om een diploma te kunnen halen om daarna het geleerde te vergeten, dan zijn contexten overbodige ballast. Is daarentegen het doel de leerlingen natuurkunde te onderwijzen opdat ze de opgedane kennis ook kunnen gebruiken in het dagelijks leven en daarvan de relevantie inzien, dan zijn contexten onontbeerlijk. En dan loopt U onherroepelijk op tegen een aantal reeds aanwezige denkbeelden, ook wel 'straatbeelden', 'misconcepties' of 'lekendenkbeelden' genoemd. We gaan er voorlopig maar van uit dat U die confrontatie met de reeds bestaande denkbeelden aan wilt gaan. Dan is het echter van belang enig inzicht te verwerven in de aard en de hardnekkigheid van deze straatbeelden. Misconcepties bij leerlingen. Vandaar dat we nu aandacht zullen besteden aan denkbeelden die veelvuldig bij leerlingen zijn aangetroffen en die een (tamelijk) hardnekkig karakter blijken te hebben. Daarmee bedoelen we dat ze ook na het onderwijs nog worden aangetroffen. Sommige zijn zo sterk dat ze ook bij leerlingen in 6 vwo, studenten natuurkunde en zelfs bij leraren en vakdidactici worden aangetroffen. Op zich niet verwonderlijk of verontrustend, wel een illustratie van de hardnekkigheid van dit soort denkbeelden en van het feit dat ook docenten deel uit maken van een samenleving die hun denkbeelden mede vormt. We zullen een aantal van dit soort denkbeelden van leerlingen bespreken voor verschillende gebieden van de natuurkunde. Bij de bespreking beperken we ons in eerste instantie tot een constatering van het bestaan en de achtergrond van de straatbeelden. Wat er in de klas mee kan worden gedaan komt in een volgende paragraaf aan bod. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 13 A. MECHANICA a. Kracht en snelheid Wanneer leerlingen de volgende vraag krijgen voorgelegd: "Een trein rijdt met constante snelheid en er is sprake van een voorwaartse en tegenwerkende kracht (de wrijving); welke kracht is dan het grootste?" Dan antwoorden veel leerlingen zoiets als: "de voorwaartse kracht, want anders zou de trein niet vooruit komen" of "de voorwaartse kracht, want die is sterker". Dergelijke antwoorden worden ook gegeven op vragen over fietsen met constante snelheid en over neerdalen aan een parachute. Ze wijzen er op dat leerlingen denken dat voor een beweging met constante snelheid altijd een kracht nodig is. In het dagelijks leven is dat ook zo, echter alleen omdat er altijd wrijving optreedt. De kracht hoeft echter niet groter te zijn dan de wrijving; integendeel, als hij groter is treedt versnelling op en blijft de snelheid niet constant. b. Kracht en bewegingsrichting Gegeven een tekening waarin een kanonskogel wordt afgeschoten door een kanon: Gevraagd de kracht aan te geven op de kanonskogel wanneer de kogel zich bevindt in de punten A, B en C. Veel leerlingen tekenen dan de kracht in elk van de situaties verschillend, namelijk in de richting van de beweging. Vergelijkbare antwoorden vinden we als het gaat om een omhoog geworpen bal. Dat wijst er op dat leerlingen denken dat er altijd een kracht moet zijn in de richting van de beweging. Het ontgaat hen dat er twee krachten werken, één constant qua richting en grootte (de zwaartekracht) en één afhankelijk van de snelheid en tegengesteld gericht aan de bewegingsrichting (de wrijvingskracht). Wellicht denken ze "als ik de kogel of bal wil tegenhouden moet ik een tegengestelde kracht uitoefenen; de bal duwt mijn hand weg, oefent dus een kracht uit". Fysisch zou men kunnen zeggen dat de leerlingen geen onderscheid maken tussen impuls en kracht: men moet een kracht uitoefenen om de impuls te doen afnemen maar wanneer een lichaam eenmaal een impuls heeft is voor het behoud daarvan geen kracht nodig. c. Variabele wrijvingskracht Gegeven de vraag: "Iemand duwt tegen een kist en krijgt deze niet in beweging; wat zegt dat over de grootte van de duwkracht en de wrijvingskracht?". Meestal wordt dan geantwoord: "De wrijvingskracht is groter want de persoon is niet sterk genoeg om de kist in beweging te krijgen". Leerlingen zien dan niet in dat de wrijvingskracht variabel is en dat niet-bewegen inhoudt, dat er evenwicht van krachten optreedt. d. Grootte van de zwaartekracht Uit onderzoek is gebleken dat drie denkbeelden veelal bij leerlingen zijn terug te vinden: "ter hoogte van satellieten die om de aarde cirkelen, is de zwaartekracht nul"; deze redenering berust wellicht op TV-beelden over gewichtloosheid (een Wubbo Ockels effect ?); met behulp van de gravitatieformule is eenvoudig vast te stellen dat de zwaartekracht aldaar nauwelijks kleiner is dan op aarde; gewichtloos is immers niet hetzelfde als het Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 14 afwezig zijn van de zwaartekracht; zonder zwaartekracht zou de satelliet trouwens niet om de aarde cirkelen "op grotere hoogte is de zwaartekracht groter"; verondersteld wordt dat dit idee berust op de ervaring dat voorwerpen van grotere hoogte met een hardere klap neerkomen: je zou dat vanuit natuurkundig oogpunt het verwarren van zwaartekracht en kracht die het vallende voorwerp op de bodem uitoefent, kunnen noemen; het kan ook zijn dat de leerlingen denken dat kracht en snelheid gekoppeld zijn: een grotere snelheid bij het neerkomen zou dan verklaard worden met een grotere (zwaarte)kracht. "op de maan is geen zwaartekracht want er is geen lucht"; dit kan worden gezien als een omkering van de correcte redenering: "op aarde is lucht aanwezig omdat er sprake is van zwaartekracht"- het kan ook zijn dat de leerlingen hier denken aan beelden van mensen op de maan. e. Verwaarlozing van de normaalkracht Tekenen we een voorwerp op een tafel en vragen we de kracht(en) op het voorwerp te tekenen dan wordt door leerlingen vaak alleen de zwaartekracht getekend. Bij doorvragen naar de reden waarom het voorwerp niet door de tafel zakt, antwoorden ze veelal: "omdat de tafel het voorwerp tegenhoudt". Dat tegenhouden wordt niet gezien als het uitoefenen op een voorwerp van twee krachten die elkaar compenseren: in dit geval de zwaartekracht en de reactiekracht. B. ELEKTRICITEIT a. Stroom en energie Veel leerlingen gaan er vanuit dat een apparaat stroom verbruikt Dat idee horen ze ook vaak in hun omgeving: "het stroomverbruik van een apparaat is groot. Vanuit dit idee is het begrijpelijk dat leerlingen vaak denken dat de stroom achter een apparaat lager is dan ervoor. Immers, "het apparaat heeft een deel van de stroom verbruikt". Ook hoort bij dit idee de verwachting dat in een serieschakeling het eerste lampje feller brandt dan de volgende. Fysisch gezien zouden we kunnen zeggen dat de leerlingen geen onderscheid weten te maken tussen stroom en energie. b. Schakelingen Gegeven een schakeling met een batterij en twee weerstanden in serie. Tegen zo'n schakeling kijken de leerlingen vaak anders aan dan een natuurkundige. Ze denken dan bijvoorbeeld dat een verandering van grootte van de ene weerstand geen invloed heeft op de stroomsterkte door de andere weerstand. Die laatste is immers niet veranderd. Een variant van deze denkwijze is dat verondersteld wordt dat er in zo'n geval alleen iets verandert 'stroomafwaarts'; de leerlingen verdedigen dat met het argument dat de weerstand 'stroomafwaarts' niet weet wat er 'stroomopwaarts' is veranderd. Men zou fysisch gezien kunnen zeggen dat de leerlingen de schakeling niet als geheel beschouwen maar als een verzameling losse delen of als een lineair systeem zonder terugkoppeling. c. Spanning en stroom In de kranten lezen we over een "stroomstoot van 10.000 volt", in de spreektaal horen we "er staat stroom op die draad", in het C/D examen programma vinden we een verwijzing naar "persoonlijke aspecten van veiligheidsvoorzieningen zoals ... zwakstroomvoorzieningen" (par. 4.6). Het zijn allemaal voorbeelden van spreektaal waarin de term stroom gebruikt wordt als het fysisch gezien om het begrip spanning gaat. Dat is waarschijnlijk een van de redenen waarom het voor leerlingen zo moeilijk is onderscheid te maken tussen stroom en spanning. C. LICHT a. De term licht In het dagelijks leven wordt de term licht in allerlei betekenissen gebruikt. Voorbeelden hiervan zijn: "de muur is erg licht" "het wordt licht" "waar komt het licht vandaan?" "je staat in het licht" Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 15 "doe het licht maar uit." In deze voorbeelden herkennen we betekenissen als 'lichtbron', 'straling' en 'effect van invallende straling'. b. Zien Als we leerlingen vragen hoe ver het licht van de koplampen van een auto komt, dan antwoorden ze vaak: "enkele tientallen meters". Zien wordt dan ontkoppeld van licht. Het ontgaat hen dan dat het kunnen zien van de koplampen op grote afstand inhoudt dat het licht minstens die afstand aflegt. Een vergelijkbaar idee vinden in de veronderstelling dat het licht 's nachts verder komt dan overdag. Het ontgaat hen dat het licht zelf even ver komt, maar dat het 'verdrinkt' in het andere licht. Sommige leerlingen denken verder dat zien inhoudt dat er iets van het oog uitgaat naar het voorwerp; dit wordt versterkt door de spreektaal waarin we het hebben over "ergens een blik op werpen". c. Beeldvorming Voor leerlingen heeft de term beeld een andere betekenis dan in de natuurkunde. Het scherpe onderscheid tussen de begrippen beeld en voorwerp ontgaat hen: "een beeld [standbeeld bijv.] is toch ook een voorwerp", "wat op een dia staat is toch een beeld, niet het voorwerp zelf?". Bij projectie van een dia bijv. denken ze vaak dat het 'beeld' op de dia als geheel op reis gaat naar het scherm; ofwel, als je de lens voor de helft zou afdekken dan krijg je nog maar een half beeld op het scherm. Wellicht vergelijken ze het met zoiets als het houden van een spandoek in de lichtbundel van een filmzaal: je ziet dan een schaduw in de vorm van het spandoek. Het ontgaat hen dat van elk punt van het voorwerp (de dia) vele lichtstralen uitgaan die alle in het beeld weer samenkomen. Halveren van de lensgrootte betekent dan alleen dat maar de helft van het licht van elk voorwerpspunt het scherm bereikt: alleen de lichtsterkte neemt af. D. STRALING a. De term straling In het dagelijks leven, bijv. in de media, wordt de term straling vaak gebruikt in andere dan een fysische betekenis. Voorbeelden hiervan vinden we in de volgende citaten: "de reactor lekte straling na het ongeval" "de straling verspreidde zich over heel Europa" "er is meer straling in de lucht terecht gekomen" "de straling is neergeslagen op het gras" "in kasgroente is straling aangetroffen". In deze citaten wordt de term straling gebruikt waar een natuurkundige de term radioactief materiaal zou gebruiken. b. Bestraling en besmetting Veel leerlingen denken dat bestraling leidt tot besmetting. De redenering is dat, als er straling op bijv. voedsel valt, die straling in of op het voedsel blijft zitten, waardoor het voedsel gevaarlijk wordt. Ook in de media zijn hiervan voorbeelden te vinden: "de spinazie heeft bloot gestaan aan een te hoge straling" "vijf werknemers zijn met straling besmet geraakt". Er is in al deze gevallen sprake van een ontbreken van het onderscheid tussen de begrippen bestraling en besmetting. In het bovenstaande hebben we leerling- en lekendenkbeelden besproken voor vier deelgebieden van de natuurkunde, alle deel uitmakend van het Mavo C/D-programma We hebben daarbij niet naar volledigheid gestreefd. Binnen elk van deze vier gebieden zijn meer voorbeelden te geven. Ook voor onderwerpen als energie, warmte en temperatuur, druk, atomen en moleculen, zinken en drijven zijn vele voorbeelden in de literatuur beschikbaar. Voor wie geïnteresseerd is: in de tijdschriften NVON- Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 16 maandblad en TDß verschijnen regelmatig artikelen over het onderwerp leerling denkbeelden. Overigens gelden genoemde begripsproblemen niet alleen voor Nederlandse leerlingen: in talloze studies in andere landen zijn vergelijkbare resultaten gevonden. Meestal is aan te geven hoe leerlingen aan hun ideeën komen-de bronnen liggen meestal in eigen ervaringen in het dagelijks leven, in hun interpretaties van berichten uit de media (radio, kranten, TV) en in de spreektaal waarin woorden vaak een andere betekenis hebben. In de volgende paragraaf zullen we enkele mogelijkheden bespreken om in de lessen rekening te houden met leerlingdenkbeelden. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 4.3 17 Rekening houden met denkbeelden van leerlingen We hebben al eerder opgemerkt dat leerling denkbeelden tamelijk hardnekkig kunnen zijn. Dat is geen wonder omdat ze meestal ontleend zijn aan de buitenschoolse wereld waar de leerling het merendeel van de tijd deel van uitmaakt. Met leerlingdenkbeelden bedoelen we natuurlijk niet spontane invallen van leerlingen, bijvoorbeeld wanneer u aandringt op een antwoord op een vraag naar een verklaring. Wat dat betreft is de menselijke geest vol fantasie. Nee, we bedoelen dan leerlingdenkbeelden die al aanwezig zijn voordat u er naar vroeg. Er zijn verschillende manieren om met deze denkbeelden om te gaan. 1. In de eerste plaats kunt u ze proberen te vermijden (door zo min mogelijk in contexten te werken en te doen alsof de schoolnatuurkunde niets met het dagelijks leven te maken heeft). Bij krachten spreekt u dan uitsluitend over 'voorwerpen' waarop krachten werken en u geeft niet aan wat de aard van de uitgeoefende krachten zijn. Krachten zijn voor leerlingen dan pijltjes met een grootte en een richting. 2 In de tweede plaats kunt u deze denkbeelden negeren. bijvoorbeeld als een leerling de term kracht gebruikt waar de term energie op zijn plaats zou zijn doet u net of u dat niet gehoord hebt of u zegt gewoon dat dat fout is, zonder op de verschillen tussen het fysische begrip en het lekenidee van kracht in te gaan. U wilt er dus zo min mogelijk aandacht aan besteden, bijvoorbeeld omdat u denkt dat dat niet nodig is of ongewenst. 3. Een derde manier is om, zodra u zo'n denkbeeld hoort, het aan te pakken door uit te leggen wat het fysisch goede antwoord zou moeten zijn: de juiste verklaring of de juiste betekenis. Bijvoorbeeld u legt uit wat fysici onder kracht verstaan zonder te laten zien wat leken daarover denken. De veronderstelling is dan dat de fysische waarheid wel zal overwinnen. 4. Een vierde manier is dat u probeert te luisteren naar leerlingen: wat denken ze over verklaringen voor verschijnselen; welke betekenissen hechten ze aan woorden? U gaat dan op hun denkbeelden in door te laten zien dat het fysische denkbeeld afwijkt van de leefwereldbetekenis. 5. Een vijfde, veel verdergaande manier is om niet af te wachten wat de leerlingen te berde zullen brengen, maar om de leerlingen aan te moedigen hun eigen denkbeelden naar voren te brengen. Bijvoorbeeld door een diagnostische toets af te nemen, door leerlingen hun verklaringen voor verschijnselen (bijvoorbeeld optredend bij een practicumproef of in het dagelijks leven) op posters te laten schrijven na onderlinge discussie, of door uitspraken uit kranten of van andere (anonieme) leerlingen in de les aan de orde te stellen. 6. Er bestaan nog verdergaande ideeën hieromtrent, namelijk om bepaalde leerstrategieën te gebruiken waarin de gehele opbouw van de leerstof, de behandelvolgorde, de diepgang van de begrippen, de keuze van de contexten, de relaties tussen begrippen enz. worden afgeleid van leerlingdenkbeelden. Deze ideeën bevinden zich echter nog in de fase van onderzoek. Welke manier u het meeste aanspreekt dient u natuurlijk zelf te bepalen. Dat geldt ook voor de manier die u zou willen gebruiken. Het leek ons echter nuttig op een rij te zetten wat in principe de mogelijkheden zijn om al dan niet met leerling-denkbeelden rekening te houden. 4.4 Criteria voor de keuze van contexten In dit hoofdstuk hebben we achtereenvolgens besproken de interesse van leerlingen voor bepaalde contexten en de relatie tussen contexten en de denkbeelden die leerlingen voor het onderwijs reeds hebben. We eindigen met het bespreken van enkele criteria die een rol zouden kunnen spelen bij de keuze van bepaalde contexten. Want als u contexten in uw lessen wilt halen, zult u moeten kiezen: er is meer beschikbaar aan contexten dan u lief is. De volgende punten kunt u in uw overwegingen betrekken: Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 18 1. Wat interesseert de leerlingen? In paragraaf 4-1 hebben we enkele voorbeelden genoemd van doorgaans populaire contexten. In uw lessen kunt u verder informeren naar wat de leerlingen interesseert. 2. Wat zegt het examenprogramma? In hoofdstuk drie zijn we op dit punt ingegaan. Met name door het gebruik van termen als 'etc.' biedt het programma weinig houvast maar wel veel mogelijkheden. 3. Wat is uw eigen interesse en specialiteit? Zonder te pleiten voor het louter berijden van stokpaardjes door docenten merken we toch op dat de ene docent nu eenmaal veel meer weet over de ene dan over de andere context. En waarom zou dat in de lessen niet mogen blijken? Het bespaart u een hoop extra werk en iemand die enthousiast over een bepaalde context kan praten is de moeite van het beluisteren meestal waard. Geleidelijk aan zou u uw kennis over contexten dan wat kunnen uitbreiden in de komende jaren, misschien in samenwerking met collega's op uw school die sterk zijn op andere contextgebieden. 4. Wat is het niveau van de klas? Sommige contexten zijn erg complex en voor sommige klassen kan dat te moeilijk zijn. Als het een klas is met zeer uiteenlopende niveaus, bijv. B, C en D, dan is een goede keus van context erg belangrijk. Het mooiste zou zijn een context te vinden waarin vragen op verschillende niveaus te beantwoorden zijn. 5. Hoeveel tijd heeft u beschikbaar? Als de beschikbare tijd erg krap is, kunt u beter kleine contexten kiezen, bestaande uit eenvoudige situaties. Heeft u meer tijd dan kunt u wat complexere situaties kiezen, waarin u bijvoorbeeld verschillende leerstofelementen kunt toepassen of waarin u ook zaken kunt bespreken die niet rechtstreeks met de natuurkundige leerstof te maken hebben, maar die u wel van belang acht voor de leerlingen (bijv. t.a.v. verkeersveiligheid of milieu). 6. Wat is de sfeer in de klas? Als er geen goede werksfeer hangt of er zijn veel spanningen tussen de leerlingen, dan zijn contexten waarin leerlingen uitgedaagd worden eigen denkbeelden en meningen te formuleren soms minder geschikt. 5. Contexten in de lessen. In dit hoofdstuk willen we ingaan op de rol van contexten in de lessen. De conclusies van hoofdstuk 3 zijn duidelijk. Het eindexamenprogramma geeft veel mogelijkheden tot verschillende interpretaties van contexten. Het voordeel hiervan is dat iedere docent een ruime keus heeft uit mogelijkheden om contexten in zijn lessen in te passen. Hoofdstuk 4 geeft criteria voor de keuze van contexten en de toepasbaarheid van bepaalde contexten in de lessen. Uitdrukkelijk willen we hier stellen, dat we in dit hoofdstuk op geen enkele manier voorschrijven hoe een docent in zijn lessen met contexten moet omgaan of welke werkvorm er gebruikt moet worden. Wij beschrijven enkele klassesituaties en geven hier slechts een aantal mogelijkheden en suggesties, die we ontlenen aan ingebrachte ervaringen van de aan dit project deelnemende leraren en aan onderzoeksresultaten. Verder beperken we ons tot contexten in de oriëntatiefase en de aanleerfase van een les. Contexten in het practicum en in de verwerkingsfase komen in de volgende hoofdstukken aan bod. 5.1 Mogelijke werkvormen Als we bij de oriëntatie op een onderwerp er achter willen komen welke denkbeelden er bij leerlingen leven, is het nodig op enigerlei wijze met de klas te communiceren. Ook als we met het behandelen van contexten in de klas willen bereiken dat er ook persoonlijke en maatschappelijke aspecten van de context aan bod komen, is het nodig dat er over de context een gedachtenwisseling plaatsvindt. Daartoe moet een geschikte werkvorm gekozen worden. De werkvorm hangt af van de mogelijkheden die de leraar met een bepaalde klas realiseerbaar acht. Een gesprek met de klas eist, Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 19 naarmate het meer open is, een meer vertrouwde sfeer in de klas. Demonstraties met gerichte vragen aan de leerlingen zijn geschikt om met de klas ervaring op te doen in het communiceren. 5.1.1 Het gesprek met de klas In een gesprek met de klas kunnen we structuur aanbrengen door de volgende regels aan te houden. Het gesprek gaat tussen docent en leerling en/of tussen leerlingen onderling. De docent bepaalt zowel het onderwerp als de structuur van het gesprek. De docent introduceert (door middel van een start-activiteit) het onderwerp en zorgt er vervolgens voor dat leerlingen hierop en op elkaars antwoorden kunnen reageren. De kern van het besprokene wordt door de docent of een leerling samengevat. Wellicht ten overvloede willen we er hier op wijzen, dat een gesprek met de klas, zowel qua duur als wat betreft het aantal deelnemers aan het gesprek volledig bepaald wordt door de randvoorwaarden. De leraar die over een bepaald onderwerp gerichte vragen stelt aan leerlingen in de klas, voert al een gesprek. We noemen dit een gesloten gesprek. Naarmate het meer gaat lijken op een gesprek met de leerlingen en tussen de leerlingen onderling noemen we het gesprek meer open. Deze werkvorm kan toegepast worden bij het starten van een les of lessenserie, het introduceren van een nieuw onderwerp of in oefensituaties. Teneinde de rol van contexten bij gesprekken met de klas nader te beschouwen bespreken we hierna een aantal voorbeelden van gesprekken, die natuurkunde in context behandelen. Voorbeeld 1 In een 3 LBO-klas C-niveau introduceerde een leraar hoofdstuk 2 uit "Mechanica onderweg" over constante snelheid als volgt. Ingangsvraag: "Voor welke voertuigen geldt snelheid = gemiddelde snelheid? Al pratend kwamen de volgende voorwaarden op het bord het voertuig moet een vrije baan hebben er moet geen of een constante lucht- en/of rolweerstand zijn er mogen geen korte bochten, richtingsverandering of stoplichten zijn Als voertuigen werden genoemd: met v = vgem satelliet voetganger zeeschip intercity-trein met v ≠ vgem auto in de stad fiets rivierboot stoptrein De leraar heeft structuur in het gesprek aangebracht door eerst de voorwaarden te inventariseren en op het bord te noteren, en daarna de voertuigen in tabelvorm op het bord te schrijven. De start-activiteit bestond uit een ingangsvraag. Het begrip snelheid werd in de context van bewegende voertuigen geplaatst. De genoemde voertuigen betekenen voor de leerlingen praktijksituaties, waarbij ze zich iets voor kunnen stellen. Tevens gaan door dit gesprek de begrippen constante snelheid gemiddelde snelheid en momentane snelheid meer leven. Bovenbeschreven lessituatie is een voorbeeld van een goed gestructureerd gesprek passend bij de lesstijl van de leraar. Voorbeeld 2 Een lerares beschrijft de start van een les over elektromagneten, ook in een 3 LBO-klas. Als probleem werd gesteld: je hebt een autosloperij en wilt auto s in een vernietigingsapparaat tillen. Daarvoor gebruik je een magneet. Ik til een speelgoedautootje op met een (permanente) magneet en verplaats het. "Hoe krijg je de auto nu los?" Antwoord klas:"Met een sterkere magneet!" Dat blijkt inderdaad te lukken. Vervolgens stel ik het volgende probleem: "Nu wordt de auto tot een pakketje geperst en moet van de sterkere magneet af. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 20 Klas:"Een nog sterkere magneet!" Het is hen duidelijk dat het zo in het echt niet gaat. Er is een probleem ontstaan. Ik doe nu de proef met een elektromagneet. Het nut van zo'n magneet is nu wel heel duidelijk, hij kan aan en uit gezet worden. Maar... hoe werkt nu zo'n ding? De lerares vermeldt in haar verslag, dat door deze lesstart de belangstelling voor de werking van een elektromagneet gewekt was en dat haar les verder vlot verliep. Door telkens vervolgvragen te stellen bracht de lerares structuur aan in dit gesprek. De startactiviteit was een demonstratieproef. De context was het gebruik van de elektromagneet in een autosloperij. Door deze context als praktische toepassing te introduceren konden de leerlingen over de context meedenken. De natuurkundige begrippen die in de rest van de les aan de orde kwamen, waren magneetveld bij een elektrische stroom, magneetkern en de sterkte van een elektromagneet. Ook in oefensituaties kan een goede context nuttig zijn om leerprocessen die anders moeizaam verlopen, als het ware vanzelf te laten gaan. Voorbeeld 3 In het eerste hoofdstuk van het VNL-boek Mechanica onderweg gaat een aantal vraagstukken over maximum snelheden van verschillende voertuigen, die onderling worden vergeleken. In een les over dit onderwerp kwam de vraag naar voren: Kan mijn brommer sneller dan Nellie Cooman? Deze vraag was moeilijk te beantwoorden, omdat brommersnelheden in km/h niet zonder meer te vergelijken zijn met de snelheid van Nellie, die 60 meter in 7,0 s. kan lopen. Hier was een situatie ontstaan, waarin de leerlingen uit zichzelf km/h in m/s gingen omrekenen. Ze zagen er op dat moment de zin van in, hetgeen natuurlijk niet betekent dat het omrekenen zelf zonder problemen ging. Dit gesprek was spontaan ontstaan. In dit geval werkte de betrokken lerares voor de eerste keer het betreffende contextrijke leerlingenmateriaal door. Het volgend jaar is ze van plan dit gesprek in haar planning op te nemen. Uit de bovenstaande voorbeelden kunnen we de conclusie trekken, dat het werken met contexten de leraar kan helpen een goede startactiviteit te bedenken voor een gesprek. Mogelijkheden van startactiviteiten zijn: het stellen van een ingangsvraag het uitvoeren van een demonstratieproef het in de klas halen van een voorwerp, apparaat of een model. We gaan achtereenvolgens op deze genoemde startactiviteiten in. A. Het stellen van ingangsvragen We geven hier een aantal mogelijke ingangsvragen bij contexten, die de belangstelling van leerlingen hebben (zie paragraaf 4.1). We vermelden daarbij de relevante natuurkunde en de context. 1. Contexten over veiligheid en gezondheid a. context: verkeersveiligheid - kunnen veiligheidsgordels ook gevaarlijk zijn? Hierbij kan de discussie gaan over het al of niet, en zelfs over de manier van, vastmaken van veiligheidsgordels, maar ook over het hergebruik van gordels die al bij een botsing dienst gedaan hebben. De relatie met de natuurkunde zal in beide gevallen de werking van veiligheidsgordels betreffen. b. context: gevaren van elektriciteit - waardoor is elektriciteit in vochtige ruimtes gevaarlijk? Het gesprek moet gaan over elektrische isolatie. Dit is een persoonlijk aspect van de buitenschoolse context "elektriciteit en elektrische apparaten m en om het huis". Het is van belang, dat een leerling weet welke apparaten bijv. in een badkamer gebruikt mogen worden en hoe die beveiligd zijn. c. context: stralingseffecten Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 21 - Hoe kun je van straling soms ziek en soms beter worden? Deze vraag kan leiden tot een ordening van gevallen waarin je ziek kan worden en waarin je beter wordt van straling. 2. Contexten die aansluiten bij de actualiteit a. Context: veiligheid en elektriciteit Krantekop: "Jongen overleeft stroomstoot van zesduizend volt" Hoe kan dat? Het gebeurt herhaaldelijk, dat in kranten de begrippen stroom en spanning door elkaar gehaald worden. Leerlingen zullen daar geen moeite mee hebben. Toch moet de leraar ons inziens hier wel aandacht aan besteden. Verder is deze vraag dermate intrigerend, dat leerlingen er zelf ook mee aan hadden kunnen komen. Natuurkundig gaat om de vraag hoe bij elektrocutie de stroom moet lopen om dodelijk te zijn. b. Context: luchtverontreiniging. Waardoor werd deze week, via radio en kranten, aan de automobilisten verzocht hun auto zo veel mogelijk thuis te laten? Inhoudelijk gezien gaat het over produktie en afvoer van verontreiniging, hogedrukgebied, luchtdrukverschillen. Verder zal de persoonlijke verantwoordelijkheid van elk individu ter sprake kunnen komen. c. Contexten over de kwaliteit en mogelijkheden van apparatuur. - in welke opzichten is een CD-speler verschillend van een platenspeler? Dit is een neutrale vraag, die vorm geeft aan een persoonlijk aspect van de context "Opnemen en weergeven van geluid", namelijk dat leerlingen hun eisen ten aanzien van geluidsapparatuur kunnen formuleren. Bovenstaande voorbeelden van ingangsvragen kunnen zowel gebruikt worden bij gesprekken die de beginsituatie van leerlingen peilen, als bij gesprekken die een stuk onderwijs evalueren. In de eerste soort gesprekken vindt een oriëntatie op het onderwerp plaats en krijgt de leraar een overzicht van de leerlingdenkbeelden. In de evaluatieve gesprekken vindt verwerking van de natuurkunde en integratie met de context plaats. Enkele opmerkingen over de gang van zaken tijdens een open gesprek, dat de beginsituatie van leerlingen peilt en in de startfase van een les of lessenserie gebruikt kan worden, moeten we nog kwijt. Door de ingangsvraag worden verschillende al of niet relevante leerlingdenkbeelden opgeroepen. Na een eerste paar minuten "roept u maar" is het zaak het gesprek in goede banen te leiden. De leraar moet zijn eigen positie duidelijk hebben. Hij is regelaar van het praatverkeer Dat betekent dat hij moet zorgen dat er niet door elkaar gepraat wordt en dat een ieder aan het woord kan komen. Bovendien moet hij voorkomen dat het gesprek van het onderwerp afdwaalt. Vooral dit laatste vereist veel takt. Het gebeurt maar al te gemakkelijk dat de inbreng van een leerling niet op z’n Juiste waarde wordt geschat, waardoor de leerling van verdere deelname aan het gesprek afziet. Voor een goed gesprek is het trouwens toch een eerste vereiste dat het klasseklimaat zodanig is, dat leerlingen zich vrij durven uiten Deze opmerkingen gaan goeddeels ook op voor een evaluatief gesprek. Hier zal het accent echter meer op de integratie van natuurkunde in een context en op persoonlijke en maatschappelijke aspecten komen te liggen. Hoe bedenk je nu goede ingangsvragen? In het voorgaande hebben we enige ingangsvragen geformuleerd over contexten. waarvan uit onderzoek bekend is dat die in de belangstelling van leerlingen liggen. We denken echter dat vooral de mate van openheid van ingangsvragen die een leraar kan hanteren, nogal afhangt van zijn lesstijl en ervaring. Elke leraar zal in de eigen klassepraktijk goede ingangsvragen moeten ontdekken. Vooral bij consequente toepassing van gesprekken met de bijbehorende ingangsvragen, in parallelklassen en in opeenvolgende jaren, kan de leraar een arsenaal ingangsvragen en leerlingdenkbeelden betreffende een bepaalde context opbouwen. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 22 B. Een demonstratieproef als startactiviteit; Demonstratieproeven die de context in de klas brengen, moeten boeiend, overtuigend en geschikt zijn om leerlingen direct bij de les te betrekken. Veel proeven o.a. uit het VNL-lesmateriaal zijn geschikt om als contextrijke demonstratieproef te dienen. We geven hier enkele voorbeelden: (voor nog meer ideeën voor proeven zie het volgende hoofdstuk) Geluidssterkte meten Met een geluidsbron en een dB-meter kunnen de leerlingen aan den lijve ondervinden wat een bepaald geluidsniveau inhoudt. Verder kunnen (nog net) hoorbare verschillen tussen geluidsniveaus gedemonstreerd worden. Ook kan de vraag: Wanneer is een geluidsbron twee keer zo sterk? experimenteel beantwoord worden. Dit kan door de geluidssterkte van één, twee, drie,... tot tien geluidsbronnen (bijv. zingende leerlingen) te meten. Elektrische weerstand van een metaaldraad en gloeilamp Door voldoende stroom door een metaaldraad te sturen kan aangetoond worden dat deze warm wordt. Door de draad spiraalvormig te wikkelen kan de warmte-ontwikkeling zó groot worden, dat de draad gaat gloeien. Helaas zal de draad na vrij korte tijd doorbranden. Hoe komt dat? Wat is er aan te doen? De functie van de glasbol om een gloeilamp wordt aldus duidelijk. Ook is het mogelijk de actualiteit door middel van een demonstratieproef in de klas te halen. We geven hiervan één voorbeeld. Smogvorming in een hogedrukgebied In mei 1989 was het onder invloed van diverse hogedrukgebieden uitzonderlijk zonnig en warm in Nederland. Een minder prettige bijkomstigheid was, dat in de provincies ZuidHolland, Noord-Brabant, Zeeland en Utrecht beperkende maatregelen ingesteld moesten worden om smogvorming te voorkomen. Aan bedrijven werd gevraagd de luchtverontreiniging te beperken en aan automobilisten werd gevraagd hun auto te laten staan. Er werd zelfs verwogen het autoverkeer drastisch in te perken, door autorijden in de weekenden en op bepaalde uren in de week te verbieden. Gelukkig draaide de wind en werd schone lucht uit het noorden aangevoerd. Het betrof hier een actuele weersituatie, waarbij door de afsluitende werking van een temperatuurinversie op geringe hoogte alle vuiligheid die we normaal produceren, wel erg dicht bij de bron bleef hangen. Deze situatie is d.m.v. een contextrijke demonstratieproef vrij eenvoudig in de klas te halen. In een aquarium gevuld met leidingwater brengen we onderin via een slangetje een koude laag gekleurd water. Bovenop het wateroppervlak leggen we een stuk plastic, waarop we voorzichtig heet water gieten. Het plastic halen we weg en het hete water ligt nu bovenop het koude leiding water zonder dat er menging optreedt. De grenslaag, waarin de temperatuur sterk toeneemt met de hoogte, een zogenaamde temperatuurinversie, is zeer goed te zien. Dan gaan we de koude gekleurde laag onderin het aquarium plaatselijk verwarmen met een vermogensweerstandje. Ter plaatse stijgt dan een kolom gekleurd water (rook?) op, die zich spectaculair tegen de temperatuurinversie uitspreidt. De bovenste laag heet water blijft volkomen helder, terwijl de rest van het aquarium steeds ondoorzichtiger (viezer?) wordt. Het gaat bij deze demonstratie dus om de analogie van de gelaagdheid in het aquarium en de gelaagdheid van de atmosfeer. Het gaat om het gevolg van die gelaagdheid namelijk om het feit dat de vervuiling zich ophoopt in de onderste laag. De gelaagdheid is het gevolg van een snelle temperatuurtoename met de hoogte (temperatuurinversie) aan de bovenkant van de onderste laag Hoe die temperatuunnversie precies in de atmosfeer ontstaat, is op zich wel interessant maar is niet relevant voor de context luchtverontreiniging. Wel relevant is, dat die gelaagdheid m de atmosfeer ontstaat als de kern van een hogedrukgebied zich in de buurt van ons land bevindt en dat door die gelaagdheid de vervuiling niet verspreid wordt. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 23 C Context in de klas halen door leraar of leerling In het eindexamenprogramma wordt een aantal toestellen als contextbegrippen aangeduid, die makkelijk in de klas te halen zijn door leraar of leerling We denken dan aan bijv. schaatsen, veiligheidshelm, versnellingsbak, model van een hijskraan, koevoet, notenkraker, autokrik, thermostaat, brilleglazen, fototoestel, diaprojector, halogeenlamp, zonnecel, kWh-meter, aardlekschakelaar, elektrische apparaten, microfoon, luidspreker, decibelmeter, barometer, pompen, isolatiemate, nsa.!, enz. Naast de toestellen zelf kunnen opengewerkte modellen hiervan didactisch heel goed werken. Al deze voorwerpen, apparaten en modellen, gecombineerd met een demonstratie en/of geschikte ingangsvragen kunnen een gesprek starten 5.1.2 Werken in groepen met contextrijk lesmateriaal Leerlingenmateriaal bevat vaak foto's, tekeningen en vraagstukken over contexten die geschikt zijn om verwerkt in een werkblad aan kleine groepjes leerlingen voor te leggen. Hierbij wordt door de context onderling overleg gestimuleerd. Incidenteel kan deze werkvorm toegepast worden. Als voorbeeld willen we hier noemen twee foto's van een verkeersweg die 2 seconden na elkaar genomen zijn. Deze foto's zijn te vinden in Natuurkunde in de praktijk getoetst. Op de foto's is o.a. een autobus afgebeeld. Een leraar maakte bij de foto's een gestructureerd werkblad met als doel na te gaan of de bus de maximumsnelheid van 80 km/uur overschreed. De leerlingen waren de gehele les, al discussiërend, druk bezig. De laatste 5 a 10 minuten werden de resultaten van de verschillende groepjes vergeleken. 5.1.3 Groepswerk met thematisch lesmateriaal Tot nu toe zijn we er min of meer vanzelfsprekend van uitgegaan, dat de natuurkunde systematisch werd behandeld. De context had hierbij een voorbeeldfunctie en er werden relaties gelegd tussen natuurkundige regels en contexten Bij thematisch werken heeft de context een andere functie. Het onderwijs gaat hier uit van een groep praktijksituaties (contextgebied, bijv. verkeer en vervoer, verwarmen van ruimten en warmtevoorziening) en kiest daarbij de benodigde natuurkundige regels uit verschillende leerstofgebieden. In de afgelopen vijftien jaar is er op PLON-scholen met thematisch onderwijs veel ervaring opgedaan. De gebruikte werkvorm is meestal groepswerk. We willen hier niet verder ingaan op de voor- en nadelen van thematisch onderwijs en van groepswerk. Wel is bekend, dat docenten die overgingen van systematisch op thematisch werken hun lesstijl meer van docerend naar begeleidend moesten veranderen. De oorspronkelijke PLON-thema's worden voor een ruimer gebruik geschikt gemaakt en in boekvorm uitgegeven. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 24 5.1.4 Deskundige in de klas halen of opzoeken Hoewel het vaak niet eenvoudig zal zijn hem/haar in de klas te halen, kan een deskundige (weerman, brandweerman, opticien, loodgieter, politieagen(te), verwarmingsmonteur), die over zijn vak praat en daarbij relevante natuurkundige zaken aanstipt, heel motiverend voor de leerlingen zijn. Wellicht zitten er onder de ouders potentiële deskundigen. Voor verhoging van het rendement van een voordracht door een deskundige moeten de leerlingen erop voorbereid worden, bijvoorbeeld in een voorgaande les of met een folder of een stencil. Ook is het mogelijk, dat leerlingen, vaak in groepjes, deskundigen opzoeken en een interview afnemen. 5.2 Aandachtspunten voor het werken met contexten Uit het voorgaande kunnen enige voor- en nadelen van het werken met contexten in de les afgeleid worden. Eerst enkele voordelen: contexten hebben veelal de belangstelling van leerlingen contexten kunnen als kader voor een gesprek dienen door middel van contexten kunnen meer leerlingdenkbeelden aan de orde komen in een evaluatief gesprek helpen contexten de natuurkunde in het dagelijks leven te integreren en daarmee dus voor leerlingen relevanter te maken contexten kunnen dienen om leerlingen meer gevoel bij te brengen voor de grootte-ordes van natuurkundige grootheden. Uit het derde voorbeeld van paragraaf 5.1.1 blijkt dat leerlingen graag prestaties met elkaar vergelijken. Dit geldt in zijn algemeenheid ook voor records en extremen. De contexten weer, sport, verkeer, krachten om ons heen lenen zich uitstekend om genoemde begrippen te gebruiken. Daardoor kunnen leerlingen enige notie krijgen van grootte-ordes van natuurkundige grootheden. We denken dan bijv. aan snelheid, versnelling, temperatuur, luchtdruk e.d. Doordat het in de les vaak mogelijk is de context visueel aan te bieden, wordt hiermee het meest genoemde nadeel dat contexten te veel tekst bevatten ondervangen. Wel is het zaak de context zo eenvoudig mogelijk te houden en de toe te passen natuurkundige regels duidelijk te benadrukken. Bij het visueel aanbieden van contexten denken we, behalve aan de reeds genoemde concrete apparaten, werktuigen en modellen, aan foto's, tekeningen, OHP-sheets, video, film, dia's, kaarten, wandplaten, posters en folders. We besluiten met enige randvoorwaarden voor het werken met contexten in de les te noemen: Het moet voor de leraar duidelijk zijn welke natuurkundige regels het beste in welke context behandeld kunnen worden. Hiertoe kan een goede docenten handleiding van groot nut zijn. Afhankelijk van de sfeer in de klas kan het gesprek over contexten in de klas min of meer open zijn. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 25 6. Practicum in context. Het nieuwe eindexamenprogramma legt meer de nadruk op het practicum. Het gaat in eerste instantie om allerlei afgeleide vaardigheden, die betrekking hebben op de verwerking van de meetresultaten, zoals o.a.: diagrammen maken uit meetgegevens het conclusies trekken uit die diagrammen uit informatie, bijvoorbeeld verkregen met behulp van tikkerbanden, stroboscopische foto's, oscilloscoopbeelden relevante gegevens kunnen selecteren, die voor het oplossen van een probleem nodig zijn en, zo nodig door berekening, dit probleem kunnen oplossen. naar aanleiding van een probleemstelling of beschrijving van een experiment een eenvoudige meetopstelling kunnen ontwerpen en/of relevante meetapparatuur kunnen selecteren Dit geldt voor alle leerlingen die op C/D niveau examen willen doen. Als het leerlingenpracticum ook nog onderdeel uitmaakt van het schoolonderzoek, worden ook nog enkele experimentele vaardigheden van de leerlingen verwacht, zoals met meetinstrumenten om kunnen gaan en waarnemingen met de vereiste nauwkeurigheid kunnen doen.. Genoeg argumenten om het doen van leerlingenpracticum aan te bevelen. Het is voor een leerling namelijk veel logischer om niet alleen met het verwerken, maar ook met het verkrijgen van meetresultaten bezig te zijn. Als een leerling bijv. bij Geluid zelf tonen met verschillende frequenties en amplitudo's op een oscilloscoop- scherm heeft weergegeven in een practicum, zal het eenvoudiger zijn met plaatjes van oscilloscoopbeelden te werken.. Behoudens bovenstaande argumentatie, die specifiek voor C/D leerlingen geldt, heeft het doen van practicum voor alle leerlingen het effect dat hun ervaringswereld wordt uitgebreid en dat ze leren onderzoekend bezig te zijn. In de lespraktijk neemt het leerlingenpracticum nog geen vooraanstaande plaats in. Dit komt voornamelijk door gebrek aan faciliteiten, zoals het ontbreken van practicummateriaal, het niet beschikbaar zijn van een practicumlokaal, te grote groepen, enz. Deze randvoorwaarden zijn niet eenvoudig te verbeteren. Toch hopen we in het vervolg van dit hoofdstuk te laten zien dat ook met beperkte middelen het doen van practicum mogelijk is. Allereerst bestaat er de mogelijkheid veel leerlingenpracticum te vervangen door demonstratiepracticum (zie voor suggesties voor het demo-practicum het vorige hoofdstuk). De bovengenoemde afgeleide vaardigheden kunnen dan toch geoefend worden. Een goed overzicht van de verschillende soorten practicum, inclusief het demonstratiepracticum, en van wat er bij practica komt kijken geeft de VNL-publicatie Practicum doen. We kunnen ons nu afvragen: Waarom contexten in het practicum? Zoals gezegd dient practicum ondermeer om de ervaringswereld van leerlingen uit te breiden. Doen we practicum met context dan wordt de natuurkunde in een context geïntegreerd. Volgens onze opvatting is het practicum zelf géén praktijksituatie en dus ook geen context. Het practicum is slechts middel om intensief met natuurkunde en context bezig te zijn. Daardoor kunnen persoonlijke en maatschappelijke aspecten van de context door proeven met context beter aan de orde komen. We geven in het vervolg voorbeelden van enkele typen proeven met context, waarbij we nog onderscheid maken tussen proeven in de klas, proeven buiten en proeven thuis. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 26 Ook bekijken we welke specifieke problemen contextgebruik in het practicum met zich meebrengt. Tenslotte gaan we na waar goede proeven met context te vinden zijn en in hoeverre vertrouwde schoolproeven eenvoudig te bewerken zijn tot proeven met context. 6.1 Proeven met context in de klas. In deze paragraaf geven we een aantal voorbeelden van proeven met context uit bestaand leerlingenmateriaal. We nemen niet de integrale teksten over, doch beperken ons tot een voor ons betoog relevante samenvatting. Het is de bedoeling te laten zien hoe in diverse leergangen de context in practicumproeven verwerkt is. We geven commentaar en doen, zo mogelijk, suggesties voor verbeteringen. Eerst geven we een tweetal voorbeelden waarin in de inleiding een praktijksituatie beschreven wordt. Met een proef komt dan de achterliggende natuurkunde aan bod. De proef met context heeft als voordeel, dat vele vertrouwde proeven en het bijbehorende practicummateriaal gebruikt kunnen worden. * Voorbeeld l, een proef met een inleidende tekst over een praktijksituatie. In Begrijpen door doen deel 4 CD begint hoofdstuk 10: "uitzetten - krimpen" met een foto van een brug op rollen. De inleidende tekst luidt: "een brug is aan één uiteinde vast verankerd aan de oever. Aan de andere kant ligt de brug op rollen. Wisselt de temperatuur, dan wisselt ook de lengte van de brug. Wordt de temperatuur hoger dan wordt de brug langer. De roloplegging maakt de verlenging mogelijk, zonder dat grote spanningen optreden. Er wordt voorkomen, dat de brug onbruikbaar wordt". Dan volgen enkele proeven, die in het boek zodanig geïllustreerd zijn dat ze niet gedaan hoeven worden. Het zijn: "proef l: - de bol en ring van 's-Gravesande" met de conclusie: "vaste stoffen worden bij verwarming groter (uitzetten) en bij afkoeling kleiner (krimpen)" en enkele proeven met "het toestel van Musschenbroek" met drie metalen buizen van gelijke lengte bij kamertemperatuur, van aluminium, koper en van staal. Hier luidt de conclusie: "Bij dezelfde temperatuurverhoging geldt: Een staaf van aluminium zet meer uit dan een even grote staaf van koper; een staaf van koper zet weer meer uit dan een even grote staaf van staal". Het verschijnsel uitzetten en krimpen van metalen bij temperatuurveranderingen wordt met voorgaande schoolproeven bestudeerd. De relatie met de context brugconstructies wordt in het inleidende verhaal gelegd. Enkele opmerkingen: in dit schoolboek wordt bij de uitwerking van de proef niet op de context teruggekomen. Het wordt aan de leraar of de leerling zelf overgelaten om het verband met de context van de brugconstructie te leggen. de proef zelf zou directer verband leggen met de context als de uitvoering als volgt was: Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 27 Proef l niet doen en de andere proeven veranderen op de hierna voorgestelde manier: Laat de te verwarmen staven rusten op saté-prikkers met daaraan verbonden limonaderietjes. Uitzetten van een staaf maakt, dat de saté-prikkers gaan rollen, wat zichtbaar gemaakt wordt doordat de rietjes gaan draaien. Het is nu voor een leerling eenvoudig de staaf met het brugdek en de satéprikkers met de ondersteuning te vereenzelvigen. In de vraagsteling na de proef moet er dan wel op de in de proef ingebouwde analogieën worden teruggekomen. om te laten zien, dat de context realistisch is kunnen de leerlingen rekenen aan de lengteverandering van de Moerdijkbrug van de zomer naar de winter. Deze is ( t = 50 °C) 60 cm. Ook komt het bij zeer warm weer wel eens voor dat een opklapbrug niet meer dicht kan, als de zon tegen de onderkant van de brug heeft geschenen en het brugdek is uitgezet. * Voorbeeld 2, een proef met teksten over praktijksituaties. In “Natuurkunde voor nu en straks; deel 4b” zijn de proeven in een apart katern achterin het boek opgenomen. We kiezen daar de proef "Drinkwater uit zee" uit. In de inleiding lezen we: "schipbreukelingen kunnen, terwijl ze in een reddingboot rond drijven, vreselijke dorst lijden. Toch is er water genoeg. Maar zeewater kun je niet drinken- het is te zout!! Wat moet je doen, om het drinkbaar te maken? Juist, allereerst het zout er uit halen. Hoe je dit kunt doen leer je uit de volgende proef'. Deze proef gaat over destilleren. In een kookflesje wordt zout water verwarmd. Via een slangetje wordt de waterdamp naar een gekoeld reageerbuisje geleid. Daar condenseert de waterdamp tot zoet water. Na deze proef volgen enkele vragen, waarvan we de voor dit voorbeeld relevante vragen overnemen. Dit zijn: "l. Is het water in het kookflesje drinkbaar? ......... want het is ........" 2, 3 en 4 gaan over koken en de proefopstelling "5. Het water in de reageerbuis smaakt ..........(zout, zoet) 6. In deze proef heb je van zout water zoet water gemaakt. Dit is .........(niet juist, juist) 7. In de natuur wordt ook zoet water gemaakt van zout water. Kijk maar eens naar de volgende tekening". Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 28 Na de tekening volgt de tekst: "Boven het water van een meer of zee ontstaat ........ De energie om het water te laten verdampen wordt geleverd door..........In de koudere lagen wordt de waterdamp gecondenseerd tot .........Er ontstaan wolken. Door de wind worden de wolken naar het land gedreven. Daar kunnen de wolken het water loslaten: het gaat..........Het regenwater is .........zout. (niet/wel)" Om te weten: In Nederland staan er bij Terneuzen en op het eiland Texel zoetwater-fabrieken. Van zeewater maakt men daar zoetwater. Dit gebeurt op ongeveer dezelfde manier als getoond in de proef. Moderne schepen hebben ook een installatie aan boord, waarin zoetwater gemaakt kan worden. In deze proef wordt dus de natuurkunde van verdampen en condenseren verbonden met de context "zoet water uit zout water maken" en met de context "kleine waterkringloop in de natuur", dat is de cyclus van verdampen aan het aardoppervlak, wolkenvorming op enige hoogte en neerslag. Enkele opmerkingen: de proef is een voorbeeld van een proef die leerlingen erg aanspreekt. Ze vinden het wonderlijk dat er zoet water ontstaat. Het zout zit immers toch in het water? Dit wordt gekoppeld aan de ervaring dat je bij zee het zout in delucht proeft en dat de auto en de was in de kuststreken zout worden. de vraagstelling in de inleidende tekst is verre van realistisch. De kans, dat een leerling ooit in die omstandigheden komt en dan ook nog zoet water zou moeten maken is nihil. De inhoud van de tekst, die hierboven onder " om te weten" staat zou beter als inleidende tekst gebruikt kunnen worden. Bij de vragen over de proef kan dan op de inleiding teruggekomen worden. het is de vraag of de context van de kleine waterkringloop in de natuur, waar in vraag 7 naar verwezen wordt, niet eerder verwarrend werkt. Het verhaal is dermate geschematiseerd, dat de misconceptie van wolkenvorming door afkoeling in koudere luchtlagen de kop opsteekt. Ook de context zelf kan op verschillende manieren in de klas gehaald worden: de praktijksituatie wordt in het algemeen verkleind en vereenvoudigd in de klas nagebootst. We noemen dat een modelmatige proef. de leerling wordt zelf in de praktijksituatie geplaatst. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 29 De proeven zijn over het algemeen het beste in de vorm van een circuitpracticum of een individueel practicum uit te voeren. We geven hier een voorbeeld van beide soorten proeven. * Voorbeeld 3, een modelmatige proef: Uit hoofdstuk 4 "Veiligheid naar keuze" van het thema voor het LBO Verkeer en veiligheid kiezen we de proef over de kreukzone. We citeren: "l kreukzone Voor de volgende proeven maak je gebruik van een karretje met een pop erop. De pop zit vast aan een veerunster. Tijdens een botsing schiet de pop door. Hij wordt afgeremd door de veerunster. De maximumkracht op de pop kun je achteraf aflezen door middel van een papieren ruitertje. [dan volgen twee verduidelijkende foto's over de plaatsing van de pop en het papieren ruitertje] 2 botsen zonder kreukzone Laat het karretje van een helling rijden en tegen een muur botsen. De pop schiet naar voren en de veerunster schiet uit. Het papieren ruitertje wordt verschoven. Na de botsing kun je de pen van de veerunster indrukken, tot het ruitertje tegen de unster komt. Dan kun je de maximum kracht op de pop aflezen. Schrijf die kracht op. 3 botsen met kreukzone Maak van papier of aluminiumfolie een kokertje dat voor op de kar past (met punaises of lijm vastmaken). Laat de kar weer van hetzelfde punt op de helling als in proef 2 naar beneden rijden en tegen de muur botsen. De snelheid bij het botsen zal dan vrijwel hetzelfde zijn als bij proef 2. Meet weer de maximum kracht op de pop. Heeft de kreukzone geholpen? 4 wie maakt de beste kreukzone? Bedenk hoe je een betere kreukzone kunt maken op het karretje. Maak jouw ontwerp en doe de botsproef. En? Is jouw kreukzone nog beter? 5 verklaring Verklaar het verschil tussen de krachten op de pop in de proeven 2 en 3 (en zo mogelijk 4). Bij een echte botsing gebeurt hetzelfde. De stopafstand van de passagiers in een auto wordt langer, omdat de auto over een grotere lengte in elkaar kreukelt. De kracht op Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 30 de passagiers is dan kleiner. Het is wel nodig dat de passagiers een veiligheidsgordel om hebben. Anders profiteren ze niet van de langere stopafstand". Enkele opmerkingen: de leerling moet verband gaan zien tussen het aluminium kokertje voorop het karretje en de speciale constructie van een auto. De leerlingen leren tijdens de proef over de context kreukzone, dat deze de krachten tijdens een botsing op de inzittenden verkleint. De achterliggende natuurkunde van de bewegingswet wordt niet expliciet gemaakt. Pas in een volgende verwerkingsopgave wordt aan de optredende krachten gerekend. onderdeel 4 stimuleert leerlingen nog intensiever met de proef bezig te zijn. De beantwoording van de vraag Wie maakt de beste kreukzone? zal in de klas georganiseerd moeten worden. * Voorbeeld 4, een proef "aan den lijve" We kiezen een proef uit het VNL-boek “Geluid”. WALKMAN Je weet al dat je je gehoor kunt beschadigen door langdurig naar hard geluid te luisteren. Een probleem is, dat als je heel lang hard geluid hoort, je er aan gewend raakt. Een tweede probleem ontstaat als je een koptelefoon gebruikt, zoals bij een walkman. Doordat je de andere geluiden om je heen niet kunt horen, is het moeilijk te merken hoe hard het geluid is van je walkman. Bij concerten is de norm voor de maximaal toegestane geluidssterkte 96 dB. Als het geluid harder zou zijn, zou het gehoor van de toeschouwers beschadigd kunnen worden. In deze proef ga je de vraag onderzoeken: hoe hard is de muziek waar jij en je medeleerlingen het liefst naar luisteren?" In de proef wordt eerst de walkman geijkt. De leerling zoekt dan uit welke geluidssterkte hoort bij welke stand van de volumeknop. Hij/zij maakt hiervan een tabel. Het tweede gedeelte van de proef gaat als volgt: "B Nu kun je gaan onderzoeken hoe hard de muziek is waar jij en je medeleerlingen het liefst naar luisteren. l. Vraag aan een aantal leerlingen naar je bandje te luisteren en de volumeknop zó te zetten, dat ze het prettigst luisteren". Het onderzoek resulteert in een tabel van leerlingen met hun favoriete geluidssterkte. Over de tabel wordt de volgende vraag gesteld: "Bij welke geluidssterkte luisteren de meesten het liefst?" De leerling wordt dan gevraagd deze geluidssterkte te vergelijken met geluidssterktes van bekende omgevingsgeluiden uit een tabel. Enkele opmerkingen: Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 31 het gaat hier over geluidssterkte in de context gehoorbeschadiging. Deze context is een persoonlijk aspect van het contextgebied "Opnemen en weergeven van geluid". uit de proef volgt meestal, dat de verschillen van instelling van de walkman groot zijn. In het algemeen staat hij echter véél te hard. De leerlingen ondervinden aan den lijve, dat gehoorbeschadiging ongemerkt kan gebeuren. Het is een bewustmakende proef, waardoor leerlingen hun walkman veiliger kunnen instellen. 6.2 Proeven met context buiten Alhoewel het lang niet altijd eenvoudig te organiseren valt, heeft het doen van proeven buiten het voordeel, dat de leerling zelf deel uitmaakt van de praktijksituatie. Dit werkt enthousiasmerend en de ervaringen zijn daardoor intensiever. * Voorbeeld 5, buitenproef in wedstrijdverband. In het VNL-boekje Mechanica onderweg is een snelheidsproef beschreven, waarbij een wedstrijd tussen 4 "voertuigen": skate-board, fiets, hardloper en autoped wordt gehouden. De keuze van de voertuigen is willekeurig en hangt af van de voertuigen die in een bepaalde klas beschikbaar zijn. Er is een goede taakverdeling vereist, zowel bij de voorbereiding als bij de uitvoering van de proef. Enthousiaste deelname van de leerlingen aan de proef is haast vanzelfsprekend. Bij de uitwerking van de resultaten in tabellen en grafieken moet de leraar proberen dit enthousiasme vast te houden. Enkele opmerkingen: bij deze buitenproef wordt het natuurkundige begrip snelheid in de context bewegende voertuigen geplaatst. Het begrip snelheid wordt spelenderwijs duidelijk door de snelheden van verschillende voertuigen te vergelijken. Daartoe moeten dan wel afstanden en tijden worden gemeten en de afzonderlijke snelheden worden berekend. in het dagelijks leven gaan wedstrijden over bepaalde afstanden en wordt de volgorde van binnenkomst van de deelnemers in een tijd uitgedrukt. Bij deze proef wordt naar de snelheden gevraagd. Dit is een natuurkundige uitbreiding, die bij leerlingen ook interesse op kan wekken om bij echte wedstrijden snelheden te willen weten. * Voorbeeld 6, buitenproef met de fiets. De fiets of bromfiets is voor jongeren het normale vervoermiddel. In het reeds genoemde PLON-thema voor het LBO Verkeer en veiligheid zijn enige buitenproeven met de fiets beschreven. We kiezen de volgende proef uit: "De remmende fietser. Je gaat onderzoeken hoe de remweg van een fiets afhangt van: - de beginsnelheid; - de massa (van de fiets + berijder); d - de remkracht." Aan de hand van tekeningen en korte teksten wordt de leerling geïnstrueerd hoe deze een meetbaan, bestaande uit een aanloopgedeelte, een deel waarin met constante snelheid gereden wordt en een gedeelte waarin geremd wordt, kan uitzetten en hoe de metingen gedaan kunnen worden. Verder moet de fiets klaargemaakt worden. In de proef wordt de remkracht constant gehouden. De remmen zijn trommelremmen, die steeds op dezelfde wijze worden Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 32 aangetrokken tegen een houten blokje aan het stuur. De remkracht wordt gemeten door de fiets met aangetrokken rem met een veerunster langzaam voort te trekken. De remkracht is dan op de veerunster af te lezen. Enkele opmerkingen: - het doel is leerlingen op een fysische manier naar de werkelijkheid te leren kijken. Het gaat om de praktische verbanden, die uit de bewegingswet kunnen worden afgeleid. - de leerlingen ervaren de toename van de remweg met de snelheid en de bewegende massa (iemand achterop) aan den lijve. Dit maakt hun bewuster van de gevaren bij grote snelheden. *Voorbeeld 7, proef over geluidssterktemeting. Waarom de context in de klas halen, als we hem ook buiten kunnen opzoeken? In het VNLboek Geluid is een proef in de klas over geluidswering opgenomen. Een bandrecorder met verkeerslawaai wordt gescheiden van een dB-meter door "geluidswallen" van verschillend materiaal en verschillende dikte. De metingen geven de effectiviteit van de verschillende wallen. Dit is een voorbeeld van een proef met context, die tot doel heeft de geluidswering als maatschappelijk aspect aan te kaarten. Deze proef kan ook aan diverse geluidsweringen langs onze snelwegen uitgevoerd worden. Dit komt de echtheid van de proef ten goede en verheft de proef tot een onderzoek. In de praktijk is dit soort metingen echter zeer moeilijk zodanig uit te voeren, dat leerlingen verschillen tussen geluidsweringen zouden kunnen meten. We moeten ons dan beperken tot het laten nagaan van de geluidsisolerende werking van één geluidswering. Nog eenvoudiger wordt het, als we ons beperken tot het meten van verkeerslawaai. De vraag: wat is de lawaaiigste plek of straat van onze stad of dorp? is door een leerling met een dBmeter goed te beantwoorden. Het antwoord op de in de aanhef gestelde vraag is, dat de context vaak te ingewikkeld is om er direct aan te kunnen meten. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 33 *Voorbeeld 8, buitenproef als observatie-opdracht. In het PLON-thema Muggen wordt leerlingen gevraagd in hun naaste omgeving enkele bruggen goed te bekijken en na te tekenen. De opdracht geeft aanwijzingen, hoe dat precies moet gebeuren. De leerlingen staan verbaasd hoeveel soorten brugconstructies er zijn In de les worden de constructies bekeken met de richtvraag: - Waar zouden trek- en waar duwkrachten optreden? Deze buitenproeven maken leerlingen meer bewust van natuurkunde in hun omgeving. In het verlengde hiervan zien we excursies naar bijv. elektriciteitscentrales, waterzuiveringsinstallaties enz. Bij deze buitenproeven horen zulke duidelijke instructies, dat de leerlingen er zelfstandig mee kunnen werken. Ook de veiligheid van de leerlingen vraagt speciale aandacht. 6.3 Thuisproeven Vraagstukken laten maken of een stukje theorie laten bestuderen is als huiswerk normaal. Thuis proeven laten doen of speciale opdrachten laten uitvoeren is minder gebruikelijk. Toch zou het zonde zijn de context in huis onbenut te laten Welke contexten vinden we in huis? Hoe is die in een opdracht of proef te gebruiken? Enkele voorbeelden en suggesties: context geluidsapparatuur. Welke apparaten vind je in huis? Wat is de functie van bepaalde knoppen? Wat hoor JC veranderen als je de hoge tonenknop eerst naar links en dan langzaam naar rechts draait? context huishoudelijke apparaten en energiegebruik. Hoe groot is het energiegebruik van de apparaten bij je thuis? Dat kan afgelezen worden op de speciale type-plaatjes. Het kan ook gemeten worden met de kWh-meter. Welke apparaten verbruiken het meeste energie? Is dat apparaat wel nodig? Deze proef kan een uitbreiding zijn van een soortgelijke proef in de klas. Daar komen dan de kleine huishoudelijke apparaten aan bod en thuis de grote zoals kleurentelevisie, (af)wasmachine enz. context energiegebruik in huis. Op de kWh-meter en de gasmeter kan dagelijks of wekelijks gedurende een bepaalde periode het energieverbruik bijgehouden worden. context stoppenkast. Wat staat er op de stoppen in de stoppenkast? Waarom zijn er verschillende stoppen' Thuisopdrachten moeten goed gestructureerd zijn en de resultaten moeten in de klas besproken worden. 6.4 Het selecteren van proeven met context In de vorige paragrafen is al tamelijk willekeurig naar een aantal boeken verwezen. De meeste gangbare methodes spelen tegenwoordig in op het nieuwe eindexamen met contexten. In deze methodes zijn ook proeven met context te vinden. Zelfs in leerlingenmateriaal van minder recente datum, zoals het LAS-materiaal, worden veel proeven in verband gebracht met praktijksituaties. Of dit dan ook contexten zijn in de zin van onze definitie moet van geval tot geval bekeken worden. We willen hier speciaal verwijzen naar Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 34 het thematische PLON-materiaal, dat nu in boekvorm verschijnt onder de naam Natuurkunde in thema's. Dit materiaal, dat in ruim tien jaar ontwikkeld is bevat een schat aan contextrijke proeven. Verder noemen we als inspiratiebronnen: - de VNL-boeken Geluid, Mechanica onderweg, Weer en Practicum doen - het speciaal voor het LBO bewerkte PLON-thema Verkeer en veiligheid - het Proevenboek LBO, een speciaal voor het LBO bewerkte hoeveelheid proeven uit PLON-thema's - boeken van Leonard de Vries - artikelen in Archimedes en in het NVON-maandblad Uit het voorgaande kunnen we nog enige richtvragen voor de selectie en bewerking van proeven met context afleiden: gaat het om de natuurkunde in een relevante context of gaat het om de context zelf? Het antwoord op deze vraag bepaalt, welk type proef in context we zullen kiezen. is de aankleding van de natuurkundeproef met context zodanig, dat de proef goed aansluit bij de context en wordt er in de verwerking van de proefresultaten op de context teruggekomen? is de natuurkundeproef zó aan te passen, dat de context daarin te herkennen is? zijn de buitenproeven en thuisproeven zo duidelijk gestructureerd, dat leerlingen ze zelfstandig kunnen uitvoeren? Is er om de veiligheid van de leerlingen gedacht? Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 35 7. Vraagstukken in contexten. In het natuurkundeonderwijs neemt het maken van vraagstukken doorgaans een belangrijke plaats in. Ze kunnen verschillende doelen dienen. Zo maken leerlingen vaak opgaven tijdens de les of krijgen vraagstukken mee naar huis opdat ze door het werken aan opgaven meer vertrouwd raken met de leerstof. De docent kan aan de hand van de gemaakte opgaven nagaan wat de leerlingen begrepen hebben van de leerstof en heeft dan de mogelijkheid in de les nog terug te komen op bepaalde leerproblemen. Vraagstukken spelen ook een belangrijke rol bij de toetsing: proefwerken bestaan grotendeels uit vraagstukken en een docent beoordeelt de leerlingen dan op basis van de uitgewerkte opgaven. Een koppeling tussen beide soorten opgaven, ter lering van de leerstof en ter toetsing van het geleerde, is het gebruik van opgaven ter voorbereiding op het maken van toetsvragen: proefwerkopgaven worden geoefend. De vraagstukken die tot voor kort in schoolboeken en examenopgaven te vinden waren, zijn bijna altijd zonder context: gevraagd wordt naar berekeningen of constructies in niet- bestaande, zeer abstracte of typisch schoolse situaties. In de mavo-opgaven is daar de laatste jaren verandering in gekomen. Meer en meer werden vragen gesteld in context: situaties uit het dagelijks leven. De teneur van het nieuwe examenprogramma maakt het waarschijnlijk dat deze trend wordt voortgezet. Het eerste examen volgens het nieuwe C/D-programma (1989) laat zien dat inderdaad een aantal contextvragen zijn opgenomen. Bij deze nieuwe ontwikkelingen in toetsen zijn verschillende vraagtekens te plaatsen. In hoeverre zijn contextvragen anders voor leerlingen? Zijn ze moeilijker of makkelijker? Stellen ze nieuwe eisen aan leerlingen? Zijn ze moeilijker te construeren dan de traditionele vragen? Wat zijn eigenlijk 'goede' contextvragen of is elke vraag waarin een term uit het dagelijks leven voorkomt een contextvraag? Hoe selecteer je goede contextvragen? In dit hoofdstuk zullen we een aantal van dit soort vragen proberen te beantwoorden. We beginnen met het bespreken van specifieke problemen die vraagstukken in context met zich meebrengen. Daarna geven we een aantal punten waarop gelet zou moeten worden bij het schrijven, selecteren en bewerken van dit soort vraagstukken. We eindigen met enkele voorbeelden van opgaven in context die naar onze mening de toets der kritiek kunnen doorstaan en met een verwijzing naar boeken waarin ideeën voor contextvraagstukken kunnen worden gevonden. 7.1 Kanttekeningen bij contextvragen Bij de interpretatie van de kanttekeningen die we zullen plaatsen bij contextvragen, is het goed te bedenken dat we in hoofdstuk 2 hebben aangegeven onder 'contexten' het volgende te verstaan: "praktijksituaties uit het persoonlijk leven en de maatschappij, waarin leerlingen natuurkundige inhouden aanleren en toepassen." Vanuit deze visie hebben we in de loop van het schooljaar 1988/89 vele vraagstukken bekeken en beoordeeld, daarbij geholpen door de antwoorden van de leerlingen op dit soort vragen. Daarbij stuitten we op een zevental problemen die specifiek lijken te zijn voor contextvragen: 1. de context is te mager 2. de context is te vet 3. de context is niet realistisch 4. de vraag is zonder natuurkundig inzicht te beantwoorden 5. de context wekt verwarring bij leerlingen en/of leraren 6. de natuurkundige betekenis van een begrip kan afhangen van de context 7. de stappen zijn voor leerlingen te groot In deze paragraaf zullen we dit soort problemen bespreken, toegelicht aan de hand van voorbeelden van vragen uit bestaande schoolboeken en van door leraren zelf gemaakte vragen. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 36 7.1.1 Pobleem 1: de context is te mager. Het komt vaak voor dat in vraagstukken een leefwereldsituatie voorkomt die niet echt als context functioneert. Zo'n situatie is er dan als het ware met de haren bijgesleept: hij dient als franje maar kan zonder enig probleem worden weggelaten. De natuurkundige kennis draagt in dit soort vraagstukken niet bij aan het beter begrijpen van de betreffende situatie. Soms kan dat wel maar dan wordt er niet naar gevraagd. Enkele voorbeelden: A. Op een slee werken 2 krachten F1 en F2 (zie tekening). De slee krijgt een versnelling van 0,5 m/s2. De wrijving wordt verwaarloosd. Als F2 wegvalt, welke versnelling krijgt de slee dan in m/s 2? a. 0,5 m/s2 b. 0,75 m/s2 c. l m/s2 d. 2 m/s2 In dit vraagstuk kan de slee eenvoudig vervangen worden door een willekeurig ander voorwerp (een blok. een kast, enz). De krachten F1 en F2 hebben hier geen betekenis voor de leerlingen, althans, wat de betekenis zou kunnen zijn wordt in het midden gelaten. Zo kan men zich met recht afvragen wat F2 moet voorstellen als de wrijving wordt verwaarloosd. Dat de situatie 'mens op slee' weinig voorstelt in dit vraagstuk wordt extra verduidelijkt als men berekent wat de massa van de beladen slee is (160 kg): een absurd hoge waarde. De geschetste situatie zou veel beter als context functioneren als F 2 als wrijvingskracht wordt benoemd en F1 een stuk kleiner wordt gemaakt. B De snelheid van een fietser is 10 s. lang uitgezet tegen de tijd. Zie tekening. De gemiddelde snelheid is in m/s : a.. 1,4 b. 1,5 c. 1,7 d. 2 Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 37 Hier zou 'fietser' kunnen worden vervangen door elk ander bewegend voorwerp. Het vraagstuk dient alleen om 'gemiddelde snelheid' uit te rekenenen de situatie doet er niet toe. Dat wordt ook duidelijk als men bedenkt dat de geschetste situatie in de grafiek erg onrealistisch is: een fietser zal niet vaak drie seconden optrekken tot een snelheid van 7,2 km/h, dan drie seconde constant rijden, dan twee seconden versnellen tot 10,8 km/h en dan in twee seconden tot stilstand komen. Probeert u het maar eens op uw fiets. Het begrip 'gemiddelde snelheid' voor een afstand van 17 m met een dergelijk aantal verschillende soorten beweging heeft in de praktijk ook geen enkele betekenis. C Een zonnecollector is een soort radiator waarvan het water door de zon wordt verwarmd. Een gezin van 5 personen gebruikt per dag gemiddeld ongeveer 250 l warm water van 50 °C. De zonneboiler kan hiervan gemiddeld 155 liter water per dag leveren. a. Hoeveel energie is per maand nodig om elke dag 95 l water van 10 °C tot 50 °C op te warmen? Op het eerste gezicht lijkt dit een aardige contextvraag. De stam van de vraag bevat echter gegevens die er voor de beantwoording van vraag a niet toe doen: de stam kan in zijn geheel worden weggelaten. De context is voor de vraag die de leerlingen moeten beantwoorden dus niet functioneel en kan zelfs verwarrend werken, omdat hij vragen oproept waarop geen antwoord wordt gevraagd, bijvoorbeeld: hoe vindt bijverwarming plaats? Die vraag is eigenlijk wel relevant voor het antwoord, want wat wordt eigenlijk gevraagd in a? Gaat het om elektrische energie (in kWh), om fossiele brandstof (m3 aardgas, kg kolen, l olie) of om energie in het algemeen (in J)? Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 38 D Hieronder is een bepaald schema opgenomen. In de schakeling zijn de symbolen van de onderdelen getekend. Hieronder staan een aantal namen van de onderdelen die in elektrische schakelingen kunnen voorkomen. 1. bimetaal 2. relais 3. spanningsmeter 4. lampje (6V/2,4W) 5. spanningsbron 6. thermo-element 7. LDR 8. stroommeter 9. regelbare weerstand a. Schrijf de nummers van de onderdelen bij de letter van het juiste hokje van het schema op je antwoordvel. b. Verklaar de werking van deze schakeling. Dit is een aardig vraagstuk als het gaat om het herkennen van de symbolen van onderdelen van een schakeling. Wat de betekenis van de schakeling is blijft echter duister. De schakeling had er ook heel anders kunnen uitzien. Zo'n vraagstuk krijgt pas een context als gevraagd wordt waar een dergelijke schakeling voor zou kunnen dienen (hier bijv. het inschakelen van een buitenverlichting als de duisternis valt). Bij een dergelijk soort vraagstukken is de context te mager om ze 'contextvraag' te kunnen noemen. 7.1.2 Probleem 2: De context is te vet. Dit probleem is als het ware het tegenovergestelde van het vorige probleem. Nu speelt de context zó'n dominante rol, dat de leerlingen door de context de natuurkunde niet meer zien waar om wordt gevraagd. Dat probleem treedt met name op als er veel informatie wordt gegeven. Een voorbeeld: A. Bij deze vraag hoort het testrapport van de Suzuki ALTO GL automatic. Vanuit de technische gegevens moet je de volgende vragen beantwoorden. a. Bereken de arbeid die de auto in 30 sekonden verricht, indien hij het maximale vermogen levert (bij 5500 t.p.m.). Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. b. De remvertraging werd gemeten bij 80 km/h. Bereken de remtiid. om vanaf die snelheid tot stilstand te komen. c. Bereken de remweg (komen de gegevens overeen?) d. Bereken de benodigde remkracht. Wat is de 'remkracht' die de bestuurder moet leveren? e. Bij 60 km/h bedraagt het geluidsniveau in de auto 67,5 dB. Bij welke snelheid is de geluidssterkte 2x zo groot? Licht je antwoord toe! f. Bereken de gemiddelde versnelling, als de auto optrekt van O tot 100 km/h. 39 Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 40 In dit vraagstuk is werkelijk geprobeerd de leerlingen een realistische situatie voor te leggen: dergelijke autoportretten worden niet alleen in vaktijdschriften gepubliceerd en het onderwijs in de natuurkunde kan bijdragen aan het beter begrijpen van dit soort testrapporten. De hoeveelheid gegevens is echter zo overdadig dat leerlingen gemakkelijk het zicht kunnen kwijtraken. Alleen al het lezen van alle gegevens kost erg veel tijd. Verder moet worden bepaald welke gegevens van toepassing zijn op de gestelde vragen. Tenslotte moeten de leerlingen nog kiezen tussen vergelijkbare gegevens uit de diagrammen en die van de tabellen voor beantwoording van de vragen. Het lijkt ons meer geschikt een uittreksel uit een testrapport aan te bieden in een dergelijk vraagstuk. 7.1.3 Probleem 3: De context is niet realistisch. Bij probleem 1 hebben we al enkele voorbeelden gegeven van niet-realistische vraagstukken. Dat probleem doet zich veel vaker voor. Enkele voorbeelden: A. Een heiblok met een massa m= 75 kg hangt 12 m boven een heipaal. (g= 10 m/s2) Bereken de zwaarte-energie van het blok (t.o.v. de bovenkant van de paal). Het is uiterst onwaarschijnlijk dat heiblokken van een hoogte van 12 m worden neergelaten op een heipaal. Volgens een geraadpleegde deskundige zou dit tot breken van de kop van de paal kunnen leiden. B Hieronder zie je een hefboom waarmee op een primitieve manier water uit een sloot op het land wordt gebracht. De korte arm van de hefboom is l m lang en de lange arm is 2 m lang. De massa van de hefboom moet je verwaarlozen. Om te helpen de volle emmer op te tillen, is aan het lange eind van de hefboom een steen bevestigd. De massa van de steen bedraagt 10 kg. Zo'n hefboom wordt met de voet bediend. In de situatie van de figuur hierna is de emmer vol en houdt de man de hefboom met zijn voet in evenwicht door een kracht verticaal omlaag. De totale massa van de volle emmer is 42 kg. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 41 Hoe groot is de kracht die de man in deze situatie op het uiteinde van de hefboom uitoefent? Op zich is het een leuk idee om irrigatie als context te kiezen. Dan moet de context echter wel realistisch worden uitgewerkt. In diverse opzichten is de geschetste situatie echter onrealistisch: a. uit de bovenste tekening kan worden afgeleid dat lege emmer en steen met elkaar in evenwicht zijn; dat zou betekenen dat de lege emmer 20 kg weegt; dat is wel erg zwaar voor een emmer die 22 liter water kan bevatten b. als de emmer onder water is, bevindt de steen zich tenminste ter hoogte van de kruin van de man; dat lijkt een weinig handige manier om water te tappen c. het is volkomen onduidelijk hoe het water op het land kan worden gebracht en dat is toch de bedoeling. C. Het schema van het remsysteem van een personenauto. Hierin is R het rempedaal, H1 en H2 de hoofdremcilinders en W1 tot en met W4 de wielremcilinders. De remvloeistof is olie. Op R wordt een kracht van 60 N uitgeoefend. a. Bereken de kracht die daardoor op de zuiger van H1 wordt uitgeoefend. b. Bereken de druk in H2. c. Bereken de kracht die de zuiger van W 1 uitoefent op het remblok. Ook dit vraagstuk is weinig realistisch: a. de kracht op de hoofdremcylinders is niet gelijk aan de kracht die de bestuurder uitoefent: via een overbrengingssysteem zal de kracht altijd groter b. ernstiger is de suggestie dat de zuigers van wielremcilinders een kleinere doorsnee hebben dan die van de hoofdremcilinders: dat leidt tot een kleinere kracht terwijl het juist de bedoeling is dat die kracht op de remblokken groter is. 7.1.4 Probleem 4: De vraag is zonder natuurkundig inzicht te beantwoorden. Het aansluiten bij de leefwereld van de leerlingen kan zover gaan dat vragen worden gesteld die ook kunnen worden beantwoord als de natuurkundelessen niet gevolgd zijn Er is dan geen sprake van context omdat er geen natuurkundige inhouden worden aangeleerd of toegepast. Voorbeelden hiervan zijn: A Noem een voordeel en een nadeel van: 1. een platenspeler 2. een compactdisc-speler 3. een cassettedeck. Wanneer een leerling spreekt over prijs, zelf kunnen opnemen, slijtage en zuiverheid van geluid, dan is er geen reden om deze vraag fout te rekenen maar die antwoorden kon de leerling vóór de lessen waarschijnlijk ook al geven. B Als je met een brommer rijdt en je neemt iemand achterop a. wat gebeurt er dan met de versnelling die de brommer kan halend Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 42 b. wat gebeurt er met de remweg? c. wat is de oorzaak van die veranderingen? Leerlingen blijken op deze vraag vaak te antwoorden: " a. die wordt kleiner b. die wordt groter c. vanwege die persoon achterop". De meeste mensen zullen deze vraag zo beantwoorden en dat lijkt ook redelijk gezien de manier waarop de vraag is gesteld. Hier zou duidelijker naar een fysische regel of een berekening moeten worden gevraagd om te kunnen nagaan of de leerling enig fysisch inzicht heeft verworven C. Bij welke vorm van aanrijding (van voor of van achter) zijn hoofdsteunen erg belangrijk en wanneer veiligheidsriemen? Schrijf er bij waarom. Leerlingen antwoordden op deze vraag bijv. "bij een botsing van achter zijn hoofdsteunen belangrijk anders breek je je nek” ”bij een botsing van voren zijn veiligheidsriemen belangrijk anders vlieg je met je hoofd door de voorruit". Zo'n antwoord kan elke automobilist geven. Bij het waarom wordt hier steeds ingegaan op de effecten van een botsing, en niet op een fysische verklaring voor het verschijnsel. D. Als de eigenaar van een kerncentrale alle bewaarkosten van het afval moest betalen zolang het gevaarlijk is, wat zou er dan met de prijs van de stroom uit die centrale gebeuren? Het zal geen verwondering wekken dat vrijwel alle leerlingen antwoordden: "de stroom wordt duurder". Deze vraag doet een beroep op het gezonde verstand en niet op natuurkundige kennis. 7.1.5 Probleem 5: De context wekt verwarring bij leerlingen en/of leraren. Eerst bespreken we voorbeelden van verwarring voor de leerlingen. In sommige vraagstukken wordt een vraag gesteld in leefwereldtaal die zowel op een fysische als een normale wijze kan worden beantwoord. Dat valt vooral op wanneer de antwoorden van leerlingen worden bestudeerd. Enkele voorbeelden (A t/m C): A. Men legt de lading in de kruiwagen meer naar links. Wat heeft dat voor gevolg voor de kracht waarmee je moet tillen? Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 43 Sommige leerlingen antwoordden: "je moet dan met je linkerhand meer kracht geven omdat de kruiwagen anders naar links omvalt". Voor deze leerlingen was het vanzelfsprekend dat de vraag was gesteld vanuit het perspectief van iemand die zelf een kruiwagen tilt en niet vanuit dat van iemand die er van opzij tegenaan kijkt. B. Warmte kun je op drie verschillende manieren transporteren? Welke? Sommige leerlingen antwoordden: "door stroming van lucht, van vloeistof en van vaste stof'. Dat zijn in zeker opzicht inderdaad drie verschillende manieren: opstijgende warme lucht, stromend warm water en het verplaatsen van een hete pan zijn voorbeelden die vanuit de leefwereld als vanzelfsprekend verschillend zijn, terwijl de natuurkundige bij deze vraag aan verschillende processen denkt (stroming, geleiding en straling) en niet aan verschillende voorwerpen. C. Gegeven: geluid plant zich in lucht voort met een snelheid van 330 m.s -1. Op enige kilometers afstand hoor je een klok één uur slaan. Hoe laat is het op dat moment op die klok? a. Vroeger dan één uur. b. Precies één uur. c. Later dan één uur. Veel leerlingen antwoordden op deze vraag b. Dat is niet onbegrijpelijk. Want wat is bedoeld met "hoe laat is het op dat moment op die klok"? Normaal gesproken wordt daarmee bedoeld: wat is de tijd die de klok aangeeft? Aannemende dat de klok bijvoorbeeld 3 km ver is dan is het in werkelijkheid 9 seconden na één uur. Op een kerkklok is dat echter niet te onderscheiden van één uur precies. Bedoeld is met de vraag waarschijnlijk: wat is de werkelijke tijd op dat moment; met als antwoord c. Dan is de toevoeging "op die klok" echter verwarrend. Een andere vorm van verwarring voor leerlingen vinden we in vragen waarin een bekende leefwereldsituatie wordt geschetst, waarna de vraag zelf haaks staat op dat leefwerelddenken. De vraagstukken D t/m F zijn hiervan voorbeelden. D. Florence Griffith won goud op de 200 meter. Haar nieuwe wereldrecordtijd was 21,34 s. In de halve finale had zij het record al op 21,56 s gebracht. a. Hoeveel was het snelheidsverschil in m/s tussen haar uiteindelijke resultaat en de halve finale? (drie cijfers achter de komma!) b. Welke afstand zou zij hebben afgelegd in de halve finale (t= 21,56 s) als zij met de snelheid had gelopen die haar goud bezorgde? De eerste vraag (a) lijkt goed te beantwoorden en niet zo moeilijk. Vraag b is echter heel lastig omdat de leerling zich nu ineens moet voorstellen dat Griffith in de halve finale even lang (21,56 s) zou blijven doorlopen maar met de snelheid die ze had in de finale: ze zou dus na de eindstreep nog 0,22 s moeten doorlopen. Dat zet de leerlingen op het verkeerde been want 'geen sprinter loopt na de eindstreep nog door om een bepaalde tijd vol te maken (dat doe je alleen bij het werelduurrecord of iets dergelijks). Leerlingen zullen dus gauw antwoorden "200 m want dan is ze immers over de eindstreep". E. Een huiskamer is 7 m lang, 4,5 m breed en 2,6 m hoog. De dichtheid van lucht is 1,3 kg/m3 bij een druk van l bar. a. Bereken het volume van deze huiskamer. b. Als de luchtdruk in de huiskamer 1,1 bar bedraagt, welk volume zou deze lucht innemen bij een druk van l bar? c. Bereken de massa van de lucht in de huiskamer. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 44 Onderdeel a is eenvoudig te berekenen. Wanneer deze uitkomst is gevonden kan onderdeel c ook worden berekend omdat de dichtheid van lucht bekend is. Op zich een aardige berekening om te laten zien dat een grote hoeveelheid lucht nog een behoorlijke massa heeft. Onderdeel b is lastig en zet leerlingen d.m.v. de context op het verkeerde been. Immers, hij moet zich voorstellen dat de huiskamer een ander volume zou moeten hebben bij een andere druk. Dat moet de leerlingen wel erg vreemd voorkomen: naar onze mening kunnen ze zich daar niets bij voorstellen en is de context derhalve verwarrend. F. Joop wil ijzerdraad doorknippen. Hij bezit drie tangen. Zie figuur voor het soort tang en de afmetingen. Als Joop op elke tang een even grote kracht F uitoefent, welke tang knipt dan met de grootste kracht? a. de combinatietang. b. de draadtang. c. de nijptang. In deze vraag worden drie tangen gepresenteerd en de leerling moet bepalen elke tang met de grootste kracht knipt. Dat lijkt een leuke contextvraag, ware het niet dat de lbo-leerlingen het niet in hun hoofd moeten halen om met een combinatietang (het juiste antwoord, fysisch gezien) ijzerdraad door te knippen in de praktijklessen. Als een leerling dus vanuit de context denkt, kiest hij niet de combinatietang. De leerling wordt dus eigenlijk gevraagd juist niet vanuit de context te denken. Tenslotte geven we voorbeelden van vraagstukken waaruit blijkt dat de docent zelf in verwarring is geraakt door de context (G t/m I): het geval. Het is net als het voorgaande vraagstuk een typisch voorbeeld van een onkritische toepassing van natuurkundige regels in een context. I. Op Schiphol staat een vliegtuig warm te draaien. Het geluid dat het vliegtuig produceert, heeft een sterkte van 117 dB. Op een gegeven moment komt er een tweede vliegtuig warmdraaien. Dit vliegtuig produceert evenveel geluid. Hoe groot is de geluidssterkte die de beide vliegtuigen samen produceren? Hier wordt de suggestie gewekt dat de sterkte in dB iets zegt over de produktie. Het begrip zegt echter alleen iets over de geluidssterkte ter plaatse van de ontvanger en is dus afhankelijk van de afstand tot de geluidsbron. 7.1.6 Probleem 6: De natuurkundige betekenis van een begrip kan afhangen van de context. Het zal u misschien verbazen maar ook de betekenis van fysische begrippen kan afhangen van de context. De voorbeelden: A Een radiator van een centrale verwarmingsinstallatie heeft een groot oppervlak omdat: a. hij dan goed onder het raam past Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 45 b.. er dan per m2 meer warmte wordt uitgestraald c. er dan meer warmte wordt uitgestraald d. het warme water beter door kan stromen. De vraag is nu wat onder oppervlak wordt verstaan. Gaat het om het oppervlak van de metalen wand van de radiator? Lang niet alle radiatoren zijn zo geconstrueerd dat de metalen wand zelf een groot oppervlak heeft: soms bevinden zich bijv. metalen vinnen tussen de twee wanden. Of moeten we oppervlak hier lezen als een soort dwarsdoorsnede en gaat het dus om een groot deel van de muur die door de radiator wordt bedekt? En slaat 'per m 2' nu op het ene of op het andere soort oppervlak? B. De zon heeft bij helder weer midden overdag meer invloed dan ’s morgens of 's avonds. Dat komt omdat: a. overdag de temperatuur van de zon hoger is b. de zon overdag dichterbij staat c. de hoek van inval van de zonnestraling klein is d. de straling de kortste afstand door de lucht hoeft af te leggen. De vraag is nu wat onder 'hoek van inval' wordt verstaan. In de optica verstaan we hieronder de hoek tussen de invallende stralingsbundel en de normaal op het oppervlak waarop de straling invalt. Als we deze betekenis kiezen zijn antwoorden c en d beide juist. Dat zal niet de bedoeling zijn geweest. Waarschijnlijk wordt hier dus een andere betekenis aan hoek van inval toegekend, nl. die van hoek tussen de invallende stralingsbundel en het oppervlak. Deze betekenis wordt in de weerkunde meer gebruikt: de hoek tussen de richting waarin de zon staat en het aardoppervlak. Een leerling die netjes de optica-betekenis heeft geleerd komt hiermee in de problemen. C. Het vermogen van een centrale verwarmingsketel geeft aan: a. de hoeveelheid warmte die de brandstof per seconde levert b. het rendement van de ketel c. de hoeveelheid warmte die de ketel per seconde afstaat d. de hoeveelheid brandstof die per seconde wordt gebruikt. Meestal wordt vermogen bij een apparaat gebruikt in de zin van 'hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet', bijv. het vermogen van een lamp, van een strijkijzer, van een TV. Bij een verwarmingsketel is het echter gebruikelijk vermogen te definiëren als 'de nuttig afgegeven energie per tijdseenheid'. D. Bij 60 km/h bedraagt het geluidsniveau in de auto 67,5 dB. Bij welke snelheid is de geluidssterkte 2 x zo groot? Licht je antwoord toe. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 46 Dit is een onderdeel uit de eerder besproken vraag uit het testrapport (pag 59). Bedoeld is: 'bij welke snelheid is de geluidssterkte 77,5 dB'. Daarmee wordt als betekenis van geluidssterkte gehanteerd: 'de sterkte die je hoort'. Doorgaans wordt geluidssterkte echter gehanteerd in een andere betekenis, nl. 'de geluidsintensiteit die je meet met een dB meter'. In het laatste geval verdubbelt de geluidssterkte bij elke stijging met 3 dB. De bovengenoemde vraag zou dan inhouden 'bij welke snelheid is de geluidssterkte 70,5 dB'. 7.1.7 Probleem 7: De stappen zijn voor de leerlingen te groot. Dit probleem is niet zo specifiek voor contextvragen: ook contextloze vragen kunnen zó worden gesteld, dat leerlingen de vraag wel begrijpen maar niet inzien langs welke stappen het antwoord op de vraag kan worden geformuleerd. Met contextvragen is dat probleem echter misschien wel groter omdat er meer afleiders in het spel zijn. Enkele voorbeelden: Bovenstaande foto's zijn 2 seconden na elkaar gemaakt. Daarmee is te controleren of het verkeer de maximumsnelheid van 80 km/h overschrijdt. Onderzoek of de bus te hard rijdt. Schrijf je conclusie op en de manier waarop je tot die conclusie bent gekomen. Ook dit kunnen we een contextvraag noemen, omdat de natuurkunde wordt toegepast in een levensechte situatie: de maximumsnelheid op een autoweg. Op de foto's zien we een bus en drie auto's op een autoweg buiten de bebouwdekom. Om deze vraag te beantwoorden moeten de leerlingen een groot aantal stappen zetten: - opmeten in de foto hoeveel cm de bus zich heeft verplaatst - vaststellen wat de schaal van de foto is - uitrekenen hoe groot de afgelegde weg is - aannemen dat de bus met constante snelheid rijdt - berekenen wat de snelheid is in m/s - omrekenen van de snelheid in km/h - de snelheid vergelijken met de gegeven maximumsnelheid (80 km/h). Wanneer leerlingen een dergelijke opgave niet eerder hebben gemaakt zijn grote problemen te verwachten. De gevraagde stap is zo groot dat deleerlingen noodverbanden gaan leggen zoals uitgaan van de maximum snelheiden van daaruit de afstand berekenen. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 47 Het is daarom aan te bevelen de vraag in stappen te verdelen, bijv. a. welke verschillende soorten beweging zou de bus kunnen hebben? Welke is hier het meest waarschijnlijk? b. bepaal de afstand die de bus in twee seconden aflegt c. bepaal de gemiddelde snelheid van de bus in m/s en in km/h d. rijdt de bus te hard? Overigens bieden de foto's de mogelijkheid nog meer vragen te stellen, zoals:. wie rijdt harder, auto 1 of de bus? f. overschrijdt auto l de maximumsnelheid? g. wat zijn de nadelen om op deze manier snelheidsovertredingen vast te stellen? h. noem andere manieren om snelheidsovertredingen van het verkeer te bepalen i. leg voor één manier uit hoe het in zijn werk gaat Uit ervaring met deze opgave in een 4 lbo klas blijkt dat het mogelijk is de leerlingen geboeid in de les te laten werken aan deze opgave. De kleine stapjes bevorderen de voortgang en maken het mogelijk om tijdens de les 'pas op de plaats' te maken om de kleine stapjes te bespreken. 7.2 Selectie van goede contextvragen Welke lessen zijn nu te trekken uit het bovenstaande? In de eerste plaats blijkt dat het maken van goede contextvragen niet eenvoudig is. Betekent dat dat er dan maar geen contextvragen moeten worden gesteld? Dat lijkt de makkelijkste weg en in een handleiding over werken met contexten zult u zo'n aanbeveling natuurlijk niet vinden. Daar hebben we nog argumenten voor ook: A. contextvragen bieden de mogelijkheid de motivatie van leerlingen te bevorderen door uitdagende, relevante en herkenbare vraagstellingen aan te bieden B. door middel van contextvragen wordt leerlingen geleerd natuurkundige kennis nuttig te gebruiken C. het examenprogramma bevat contexten en op het examen zullen leerlingen derhalve contextvragen moeten beantwoorden: inhoudelijk niet zo sterk maar wel een realistisch argument. Wel trekken we de conclusie uit het bovenstaande dat contextvragen met zorg dienen te worden gemaakt. Veel leraren zullen daarvoor niet de tijd hebben Vandaar dat we hier geen handleiding gaan geven voor het schrijven van contextvragen maar ons beperken tot het geven van een aantal criteria waarop u contextvragen kunt beoordelen. U kunt dan op zoek gaan in allerlei boeken en in oude examens om met behulp van deze criteria de beste vraagstukken in context te selecteren. De volgende vragen kunt u stellen bij het zoeken naar goede contextvragen: 1. Is er wel sprake van een praktijksituatie? U let er dan op of de natuurkunde functioneert in een echte praktijksituatie? Kan de praktijksituatie nu beter worden begrepen met behulp van de natuurkunde? Of is de praktijksituatie er soms met de haren bijgesleept en functioneert hij alleen maar als lekkertje? 2. Is de praktijksituatie wel realistisch beschreven? Daarmee wordt niet bedoeld of alle details zijn gegeven maar of de situatie wel bestaat en niet al te zeer afwijkt van de werkelijkheid. 3. Is de praktijksituatie niet te overdadig beschreven? In dat geval hebben we wel te maken met een vraag die aan de bovenstaande twee criteria voldoet. De context is dan echter te vet: er worden bijvoorbeeld te veel afleidende details gegeven of er is erg veel tekst gebruikt. 4. Is natuurkundige kennis nodig om de vraag te beantwoorden? Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 48 Er zijn veel vragen denkbaar die over herkenbare praktijksituaties gaan, maar die ook zijn te beantwoorden zonder natuurkundige kennis. Nu willen we niet beweren dat elke vraag waarin de natuurkunde geen rol speelt, moet worden uitgesloten. Dat zou eliminatie betekenen van een groot aantal persoonlijke en maatschappelijke aspecten van het examenprogramma. Bedoeld is dat dit soort vragen niet te veel en niet los van echte contextvragen gesteld moet worden: alleen als aanvulling, als bijdrage van de natuurkundelessen aan algemene vorming van de leerlingen. Ze lijken ons meer geschikt als start van lessen of aan het slot dan als toetsvragen op een proefwerk. 5. Wordt er geen taal gebruikt bij de beschrijving van de context die leerlingen afleidt van het gebruik van natuurkundige kennis bij het beantwoorden van de vraag? Uitspraken als 'Hoe laat is het op die klok?', 'kracht op de pedalen' enz brengen de leerlingen in verwarring. Hebben de gevraagde begrippen wel een eenduidige betekenis? 6. Zijn de gevraagde stappen niet te groot? In het examen kunnen wel wat grotere stappen worden gevraagd dan in een aanleersituatie. De ervaring leert echter dat contextvragen aan alle vorige criteria kunnen voldoen en toch niet functioneren in de klas, omdat te snel de eindvraag wordt gesteld. Te grote stappen ontmoedigen de leerlingen, vooral taalangstige, en ontnemen de vraag de mogelijkheid de leerlingen te motiveren. 7.3 Voorbeelden van betere contextvragen Bij het bestuderen van schoolboeken zijn we een aantal vragen tegengekomen die m in of meer voldoen aan bovenstaande criteria. We geven hiervan enkele voorbeelden en bespreken in welke mate ze aan de criteria voldoen. A. De remvertraging van een bromfiets. Margreet wil controleren of de remmen van haar bromfiets in orde zijn. Volgens gegevens van Veilig Verkeer Nederland moet de remvertraging van en bromfiets tenminste 3,9 m/s 2 bedragen. Met behulp van enkele klasgenoten doet Margreet een aantal metingen, zonder eerst een onderzoeksplan te maken. Ze krijgt de volgende meetresultaten: snelheid vóór het remmen: remaf stand: remtijd: massa (Margreet + brommer): 40 km/h 14,4 m 2,6 s 140 kg a. Laat met een berekening zien of de remmen van de bromfiets van Margreet in orde zijn. b. Margreet heeft geen onderzoeksplan gemaakt. Schrijf kort op waaruit dat blijkt. (Natuurkunde in de praktijk getoetst, Zeist: NIB) Commentaar: Dit is een duidelijke praktijksituatie, gekoppeld aan een contextproef die buiten kan worden gedaan. De gegevens lijken realistisch. De tekst is beknopt. Zonder natuurkundige kennis is de vraag niet te beantwoorden. Leerlingen worden wel verwacht te weten wat een onderzoeksplan is en aan welke eisen dit moet voldoen. De stappen zijn vrij groot: men moet weten welke gegevens nodig zijn om de remvertraging te kunnen bepalen, er moet worden omgerekend van km/h naar m/s en de berekening van de remvertraging dient te worden uitgevoerd. B. Een computer (P = 140 W) en een monitor (P = 60 W) worden zes uur lang gebruikt. a. Hoeveel kWh elektrische energie wordt door de computer en de monitor samen gebruikt? b. Bereken de kosten (l kWh kost f 0,25). (Natuurkunde in contexten, 4CD, Groningen: Wolters-Noordhoff) Commentaar: Dit is een soort opgave die we vaker tegenkomen in schoolboeken. De orde van grootte van de getallen is realistisch. Zonder natuurkunde is vraag a niet te beantwoorden (b overigens wel). De Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 49 stappen zijn niet groot. Het vraagstuk geeft de leerlingen enig idee van de kosten van het werken met bepaalde elektrische apparatuur. C. Om luchtbellen op te sporen in stalen balken gebruikt men een apparaat, dat ultrasoon geluid door het materiaal zendt. Het ultrasoon geluid van dit apparaat heeft een frequentie van 50.000 Hz. De voortplantingssnelheid van het geluid in lucht is v1 = 340 m/s en in staal v2 = 5000 m/s. a. Wat wordt bedoeld met een frequentie van 50.000 Hz? Men onderzoekt met het genoemde apparaat een stalen balk met een dikte van 25 cm. b. Hoe groot is de tijdsduur, die het geluid nodig heeft om zich door het 25 cm dikke materiaal van de balk voort te planten, als er geen luchtbellen aanwezig zijn? c. Geef aan waarom de tijd, die berekend is onder b niet dezelfde is (d.w.z. groter of kleiner) wanneer er in het te meten traject van 25 cm wél luchtbellen aanwezig zijn. (Natuurkunde voor nu en straks, 5cd, Zutphen: Thieme) Commentaar: In deze vraag gaat het om een toepassing in een technische context. Via de vraag leren de leerlingen begrijpen waarop de functie van dit apparaat is gebaseerd. Zonder natuurkunde zijn de vragen niet te beantwoorden. Voor de uiteindelijke vraag is de frequentie-grootte niet van belang. De vragen zijn wat lang en enigszins krom geformuleerd (met name vraag c). De gevraagde stappen zijn niet groot. D. In een fototoestel wordt datgene wat je fotografeert, afgebeeld op een stukje fotografische film van 24 mm x 36 mm. Je maakt een foto van een boom op 50 m afstand. De boom is 24 mm hoog op de film en in werkelijkheid 24 m hoog. Bereken de vergroting. Bereken de afstand tussen lens en film. (Natuurkunde in thema's, 2a, Zeist: NIB) Commentaar: Dit vraagstuk beschrijft een realistische situatie en is zonder natuurkunde niet geheel te beantwoorden (het eerste onderdeel kan eventueel met louter rekenvaardigheid worden opgelost). Het geeft de leerlingen enig idee van de afstand tussen lens en film in een camera. Overigens zou het vraagstuk ook kunnen worden uitgebreid met een berekening van de brandpuntafstand van de lens. E. Om te bepalen hoe diep een scheepswrak ligt, zendt men geluidssignalen uit. Bij de Titanic duurde het 7 seconden voor de echo werd opgevangen. Hoe diep ligt het wrak dan? De geluidssnelheid in zeewater is 1510 m/s. (Geluid, Zeist:NIB) Commentaar: Een vrij veel voorkomend soort vraagstuk, ditmaal gekoppeld aan een echt bestaand wrak. Het nut van dit soort bepalingen op grote diepte wordt hiermee geïllustreerd. Niet alle leerlingen zullen echter weten wat de Titanic was. F. Thuis staan op een groep aangesloten: een mixer van 200 W, een strijkijzer van 1000 W en een straalkacheltje van 800 W. De netspanning is 220 V. In de groep is een smeltveiligheid van 10 A opgenomen. Zal de 'stop' doorslaan? Antwoord toelichten. (Begrijpen door doen, 3cd, Leiden: SMD) Commentaar: Ook een vrij veel voorkomend vraagstuk. Het straalkacheltje heeft een betrekkelijk laag vermogen en 10 A smeltveiligheden komen niet zo vaak meer voor. Toch een nuttig vraagstuk waarin leerlingen leren begrijpen welk soort apparaten wel en niet op dezelfde groep kunnen worden aangesloten. Niet moeilijk maar wel natuurkundekennis vereisend. G. Een gouden medaille verdiend met schaatsen. Uit: Werken met contexten in het natuurkundeonderwijs H.M.C. eijkelhof, K. van der Veen; Uitgeverij NIB Zeist 1989. 50 Yvonne [van Gennip] won de 3000 m op de Olympische Winterspelen [van Calgary (1988)] in een tijd van 4 minuten en 12 seconden (afgerond). Haar voorsprong op nr. 2 bedroeg 0,15 seconden. Joop zegt: dat verschil in tijd is zo klein dat het in afstand niets voorstelt: als ze tegen elkaar hadden gereden had je het verschil niet kunnen zien. Bereken de voorsprong van Yvonne in meters. Neem hierbij aan dat beide rijdsters op het laatst de gemiddelde snelheid hadden van Yvonne. (D-examen natuurkunde, tweede tijdvak, 1989) Commentaar: Een voorstelbare vraagstelling in een eigentijdse praktijksituatie. Met natuurkundige kennis is deze vraag bevredigend (binnen een redelijke orde van grootte) te beantwoorden. De stappen zijn vrij groot. Eerst moet de gemiddelde snelheid worden berekend, in acht nemend de tijd in seconden. Daarna moet de afstand worden bepaald. 7.4 Bronnen voor het vinden van ideeën voor goede contextvragen Bij het zoeken naar goede contextvragen hadden we het niet gemakkelijk. De meeste boeken bevatten wel vragen in contexten, maar vanuit de genoemde criteria waren vele kanttekeningen te plaatsen bij de opgaven. Soms is de context in de stam van de vraag wel aardig, maar wordt er gevraagd naar natuurkundige berekeningen waarvan het nut moeilijk lijkt aan te tonen. Er wordt dan bijvoorbeeld gevraagd naar de grootte van een trekkracht, zonder dat die grootte enige praktische betekenis heeft in de vraagstelling. De uitkomst lost niets op en geeft de leerling geen inzicht in de betreffende praktijksituatie. Onze conclusie is dat wij geen boeken kunnen aanbevelen waaruit u kritiekloos contextvragen kunt putten. Wel kunnen wij enkele boeken noemen waaruit u ideeën kunt halen om als startpunt te fungeren voor een goede contextvraag. Zo zijn veel contextvragen te vinden in het boek Natuurkunde in de praktijk getoetst (NIB). Dit boek bevat een selectie van opgaven van PLON-examens voor de mavo in de periode 1978-1987 De ideeën voor de vragen zijn aardig. Een aantal vragen is echter erg moeilijk, bijvoorbeeld omdat de gevraagde stappen groot zijn of omdat van de leerlingen veel praktisch inzicht wordt gevraagd. Ook het boek Natuurkunde in Contexten (Wolters Noordhoff) bevat veel contextvragen. Hiervoor geldt dat veel vragen echter louter de berekening van krachtendrukken, energieën, stroomsterktes en spanningen omvatten, zonder dat deuitkomsten op een voor leerlingen relevant gemaakte vraag antwoord gevenNatuurkunde in Thema's (NIB) bevat ook veel contextvragen. Deze zijn echtersterk ingebed in de thematische methode: ze zijn alle gericht op het leveren vaneen bijdrage aan de centrale themavragen. Ook zijn de vragen veelal gekoppeld aaneerder gedane proeven en onderzoekjes, en aan gelezen teksten over contextenVoor andere leerlingen zijn de vragen wellicht wat moeilijk en vereisen ze om diereden enige aanpassing. Met andere woorden: er is naar onze mening een groot gebrek aan goede contextvragen die in aanvulling op de bestaande methoden kunnen worden gebruikt. Tot zolang er geen boekjes met goede voorbeelden verschijnen, dient u ze zelf te maken of te bewerken. Wij hopen dat deze handleiding u enigszins wegwijs heeft gemaakt in het mijnenveld van de contextvragen, of moeten we zeggen het veld met onrijpe vruchten. Wat ons betreft het laatste. Want hoe kritisch we in dit boekje ook zijn geweest over contexten, en met name over contextvragen, we zijn van mening dat contexten goede mogelijkheden bieden om op den duur meer leerlingen (en misschien ook meer leraren) plezier te laten hebben van het natuurkundeonderwijs. Want het blijft een mooi vak, juist door zijn contexten'
