Conceptfysica

Misconcepten,
een nieuwe didactiek?
Woudschoten
16-17 december 2006
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Programma
•
•
•
•
•
Bronnen
Wat theorie
Voorbeeld
De praktijk – aan de slag
Reacties
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Bronnen
• ‘Making sense of secondary science’ Rosalind Driver Ann Squires
Peter Rushworth Valerie Wood –Robinson ISBN 0-415-09767-3
• Conceptual Physics 10th ed Paul G. Hewitt ISBN 0-321-31532-4
• Practicing physics Paul G. Hewitt ISBN 0-8053-9198-3
• Media Workbook Abigail Reid Mechtenberg ISBN 0-8053-9376-5
• Conceptual physics 9th edition Paul Robinson ISBN 0-321-05205-6
• De syllabus conceptcartoons met teksten van John De Poorter
(Arteveldehogeschool), Christel Balck (KaHo St.Lieven) en Marc
Debusschere (Diocesane Pedagogische Begeleidingsdienst Bisdom
Gent) met financiële steun van Wetenschapsbeleid. Het opzet is het
stimuleren van het gebruik van deze didactische techniek. Deze
tekst wordt gratis verspreid en beoogt geen enkel commercieel doel.
• Naar een oorspronkelijk idee van Brenda Keogh en Stuart Naylor.
• Werkten mee Rita Van Peteghem en de uitgeverij Wolters Plantijn.
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
1. Probleemstelling
2. Verklaring geven vanuit eigen ervaringen + werkhypotheses formuleren
Werkhypothese 1+
voorspelling
Werkhypothese 2 +
voorspelling
Werkhypothese 3 +
voorspelling
3. Experimentele toetsing
Planning
4. Terugkoppeling/ reflectie/ nabespreking: Selectie van de werkhypothese die
bevestigd wordt door het experiment. Motivering van de keuze.
Verwoording van wat onduidelijk is, van wat niet begrijpbaar is.
5. Wetenschappelijke visie: verklaring, verduidelijking, vastzetting
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Realiseer
De sneeuwman
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Je moeder heeft het talloze malen
herhaald ‘Doe je jas aan, dan krijg
je het warm.’
Ons dagelijks taalgebruik
suggereert dat: sommige stoffen/
materialen de eigenschap hebben
om dingen warm te maken.
Wanneer je de sneeuwman een
jas aandoet , maak je hem warm
en zal hij dus sneller smelten.
Binnen dit leerlingenbeeld zijn
‘warmte’ en ‘koude’ soorten
stoffen die tussen voorwerpen
uitgewisseld kunnen worden en in
voorwerpen opgeslagen zitten.
Deze visie strookt met de visie
binnen de vroege warmtetheorie.
Resten van deze theorie zijn in
ons taalgebruik verweven.
Wanneer je stoffen koel wil houden
stop je ze bijvoorbeeld in een
koelbox. Je koelbox is dan als het
ware de jas die je rond deze stoffen
legt. Wanneer je een blok ijscrème
koopt wikkelt men die in een laag
papier om te voorkomen dat het ijs
smelt.
Uiteindelijk smelt de sneeuwman
toch. Het maakt geen verschil uit of
je hem een jas aandoet of niet. We
bekijken de sneeuwman eventjes.
De waarneming is een
momentopname en tijd nemen we
niet spontaan waar.
Andere mogelijkheden……….
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Werkhypothese
Wat is de vraag?
Heeft het al dan niet een jas aandoen invloed op de tijd nodig om de sneeuwman
te laten smelten?
Beschrijving en schets van
het experiment
Wat is een experiment dat een antwoord kan geven op die vraag?
We moeten identieke sneeuwmannetjes een jas aantrekken.
Om te weten hoe snel de sneeuwman smelt, moeten we met een chronometer de
tijd registreren.
Om te weten hoeveel de sneeuwman gesmolten is kunnen we het volume
smeltwater opvangen in een maatbeker of de massa van de droge
sneeuwmannetjes voor en na bepalen. Om de temperatuur van de omgeving en de
sneeuwman te weten hebben we een thermometer nodig.
Materiaallijst
Welk materiaal is daarvoor nodig?
-2.identieke sneeuwmannetjes: ijsblokken gemaakt door een bepaald volume
water in plastic drinkbekertjes in te vriezen
-chronometer
-thermometer
-maatbeker
-fleece stof
-balans
Te volgen werkwijze
Hoe gaan we precies te werk?
-we bepalen de temperatuur van de kamer en de temperatuur in de diepvriezer
(= de temperatuur van de sneeuwmannetjes)
-we nemen de sneeuwmannetjes uit de diepvriezer en wikkelen 1 mannetje in
een laag fleecestof
-we bepalen de massa van de sneeuwmannetjes
-we plaatsen de sneeuwmannetjes op een schaaltje en starten de tijd
-na x minuten vergelijken we de volumes smeltwater of de eindmassa van de
droge sneeuwmannetjes
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Wanneer twee voorwerpen op een verschillende temperatuur in contact met elkaar zijn, blijkt het
koudste voorwerp (de sneeuwman) steeds op te warmen, het warmste voorwerp (de omgevende
lucht) af te koelen tot beide eenzelfde eindtemperatuur bereikt hebben.
De microscopische verklaring hiervoor is:
1. Alle voorwerpen zijn
gemaakt uit deeltjes.
2. In vaste stoffen zitten deze deeltjes dicht bij elkaar en trillen ze netjes geschikt in een rooster; bij
vloeistoffen zitten de deeltjes dicht bij elkaar en bewegen ze vrij, bij een gas zitten de deeltjes ver van
elkaar en bewegen ze vrij. ………
3. Wanneer de temperatuur van een voorwerp hoog is betekent dat dat de deeltjes gemiddeld snel bewegen.
Is de temperatuur van een voorwerp laag dan bewegen de deeltjes gemiddeld traag.
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
4. Brengen we voorwerpen op een verschillende temperatuur met elkaar in contact, dan zal aan het
contactoppervlak, door botsingen, energie uitgewisseld worden (zoals jij zelf begint mee te wippen wanneer je op
een trampoline stilligt en je zus begint te springen). De traagste deeltjes gaan heviger bewegen, de hevig
bewegende deeltjes vertragen. Macroscopisch zal het koudste voorwerp in temperatuur stijgen en het warmste
voorwerp afkoelen tot ze eenzelfde eindtemperatuur krijgen.
5. Een jas is gemaakt uit een soort stof die bedoeld is om ons lichaam (op 37°C) te isoleren van de koude
buitenlucht (0°C). Stof zoals wol heeft een ijle structuur, tussen de wollen draden zit er veel lucht. Lucht is een
gas. De deeltjes zitten ver van elkaar. De energieoverdracht door botsingen tussen de sneeuwman en de
omgevende lucht verloopt dus niet vlot. De jas vormt als het ware een buffer tussen de sneeuw en de
omgevingslucht en vertraagt het smelten. Op die manier behoudt de sneeuwman inderdaad langer het
temperatuursverschil met de omgeving.
Energieoverdracht door warmte kunnen we zichtbaar maken door gebruik te maken van een IR camera.
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Voorbeelden
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
de zware ballon
de ijsemmer
de lichte fles
de sneeuwman
de ballon met rimpels
het aangedampt glas
de theepot
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
1 De “zware” ballon
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
2 De ijsemmer
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
3 De “lichte” fles
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
4 De sneeuwman
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
5 De ballon met rimpels
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
6 Het “aangedampt” glas
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
7 De theepot
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Andere voorbeelden
•
•
•
•
•
•
Bungee sprong
Actie en reactie met skateboard
Ballon onder stolp en vacuümpomp
Gewichtloosheid
Hoeveel info op een cd?
…..
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
Reacties
Van leraren:
• Startvisies leren kennen
• Motiveren
• Wetenschappelijke
methode
• Differentiëren
• VOETEN
• Het thuisfront is actief
• PHYS4ALL
Van leerlingen / studenten:
• Bewust van eigen visie
• Bewust van andere
visies, ook de
wetenschappelijke
• Verantwoordelijk ,
uitgedaagd
• Experimenteer vaardig
• Inzichtelijk sterker
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006
• Bedankt om mee te werken en fysica
“cool” te maken.
• Uitgewerkte syllabus op
http://users.skynet.be/sofysica
onder archief
Conceptfysica M. Debusschere
16-17 dec 2006