Aan de slag met de nieuwe leerplannen fysica 2 graad

Aan de slag met de
nieuwe leerplannen
fysica
2de graad ASO
GO!
M. Beddegenoodts, M. De Cock,
G. Janssens, J. Vanhaecht
woensdag 17 oktober 2012
Specifieke Lerarenopleiding
Natuurwetenschappen: Fysica
Een aantal teksten en figuren is overgenomen uit
Hellemans, J., Janssens, G., Vandamme, N., Veldeman, S., Nys, F., De
Cock, M. (2012). Quark 3.2 Leerwerkboek. Berchem: Uitgeverij De
Boeck.
en uit
Beddegenoodts, M., Das, M., De Craemer, S. (2012) . Sirius 3,
Berchem: Uitgeverij De Boeck.
Les over breking – p. 1
Breking
1. Smaakmaker
opstelling: stok achteraan in aquarium met water.
OLG - Stok recht in water.
(Let op voor standpunt, controleer zichtbaarheid van op de plaats waar de lln. zitten!)
Wat zie je? Stok gaat precies niet rechtdoor, een stuk is verschoven, lijkt gebroken.
Is de stok echt gebroken? Neen, (stok boven het water houden) dat lijkt alleen zo.
Waar breekt de stok? Op de plaats waar de stok door het wateroppervlak steekt.
Wat verandert er op die plaats? Je kijkt bovenaan naar de stok doorheen lucht,
onderaan kijk je naar de stok doorheen het water.
Dat noemen we de middenstof, de stof waarin het bovenste stuk van de stok zich bevindt is
lucht. Onderaan kijk je eerst door lucht, dan door water. We zeggen dat de middenstof
verandert. Er is een effect van breking op de grens tussen twee middenstoffen.
opstelling: stok schuin in aquarium met water.
OLG - Stok boven, deels in en dan volledig in het water brengen.
Dat controleren we:
Wat zou er gebeuren als de stok volledig in het water zit? Geen effect. De stok is recht.
(Doen: steek de stok volledig onder.)
Is het zicht op de stok helemaal normaal? Zoals in de lucht? Niet helemaal.
Maar je ziet wel de stok.
Hoe komt het dat je die onder water ziet? Water is doorschijnend/doorzichtig.
Wat betekent de term doorschijnend? Het licht gaat erdoor maar je ziet alles troebel.
Wat betekent de term doorzichtig? Het licht gaat er volledig door, dat is hier het geval.
Toch krijg je een verstoord beeld van de stok. En dat ligt niet aan de stok.
Waaraan ligt het dan wel? Aan het water/ aan het licht.
Geeft de stok dan licht? Neen, de stok weerkaatst een deel van het licht.
Vanwaar komt dat licht? Van de omgeving/ van de lampen.
Dus je zult geen effect zien als er geen licht op de stok valt? Neen
Waar vertrekt het weerkaatste licht? Aan de stok, dus in het water.
Wat verandert er als het weerkaatste licht het wateroppervlak bereikt? De middenstof
verandert.
Waar komt dat licht dan terecht? In je oog
Welk verschil is er met het bovenste deel van de stok? Het weerkaatste licht loopt maar
door één middenstof.
Wat gebeurt er met het weerkaatste licht van het onderste deel? Het gaat niet
rechtdoor.
Is dat voor elke waarnemer zo? Wie in het vlak van de stok kijkt, ziet geen effect. Hoe
schuiner je erop kijkt, hoe groter het effect.
Als de stok in het water steekt, is het niet de stok, maar het weerkaatste licht dat gebroken
wordt. Een lichtstraal wordt gebroken aan de grens tussen twee middenstoffen.
Dat effect noemen we lichtbreking.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over breking – p. 2
2. Samen laten zoeken
naar de elementen die voor het effect van breking zorgen. Schema op bord zetten.



grens tussen 2 middenstoffen
o lucht/water
OLG - Dat onderzoeken we verder:
Is dat de enige mogelijkheid? Ken je andere middenstoffen die aan elkaar grenzen?
o lucht/doorschijnend plastic? werkt dat ook? (doen, met rode laserpen door
plastic/ glazen plaatje, …)
Zelf voorbeelden zoeken/geven:
o water/glas
o warme lucht/koude lucht
o ….
Wat zie je precies? De rechte baan van het licht wordt verstoord
Heb je dat effect al eens ergens anders gezien? Thuis? In de auto? In de dierentuin
(aquatopia), …
voorbeelden:
o je ligt in bad en je kijkt naar je voeten
o je probeert een vis te lokaliseren in het aquarium
o je ziet een luchtweerspiegeling (vijver-effect) op heet asfalt
o de diepte van een zwembad bij glad wateroppervlak klopt niet
o …
Wanneer is dat effect goed/beter/niet te zien?
Stok recht houden/ hoek veranderen/ standpunt veranderen: van opzij, van boven /
andere lichtbron, ….
het effect is groter
o naargelang de hoek waarin het licht op het scheidingsoppervlak invalt groter is
o als de hoek of het vlak waarin je kijkt in het vlak van de stok ligt of niet.
o bij bepaalde combinaties van 2 middenstoffen.
o …
Kunnen we dat allemaal uitproberen en controleren? (doen, met zaklamp, groene of
rode laserpen door plastic/ glazen plaatje, door Pritt-staafje, …)
3. Kwalitatieve proeven
effecten tonen, liefst met gewoon materiaal (cfr. Sirius 3 p 152/153)
Naast elkaar 2 opstellingen:
 stok in water en laserlicht in water
Schijnbare tegenspraak? Stok breekt naar boven, licht breekt naar onder?
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over breking – p. 3

laserlicht schijnt op een spiegeltje onderin
(straal zichtbaar maken door melk of fluoresceïne in het water te doen, en rook (?) of stof
boven het water, of plaatje langs waar de straal schijnt … )
Welke eigenschap van lichtstralen kunnen we hier toepassen?
Omkeerbaarheid van het effect: van lucht naar water, ook van water naar lucht.
We moeten eerst de wetten van de breking uitzoeken.
4. Alle elementen zoeken en definiëren
Die we nodig hebben om het verschijnsel op te meten.
Actie: tekenen op het bord

Scheidingsoppervlak s, hoe teken je dat?
o
o

is wel horizontaal bij de scheiding van lucht en water of andere vloeistof
hoeft niet echt, zie andere vaste stoffen, of 2 gassen, of gas/vaste stof (vb. met
bierglas of flesje cola)
aard van de stoffen aan beide kanten
o lucht / water
water / lucht
o lucht / glas
glas / lucht
o water / suikeroplossing
suikeroplossing / water
Hoe kan je dat contrast omschrijven? Dichtheidsvariatie, dicht / minder dicht of ijler, het licht
wordt meer/minder doorgelaten, …
Optisch dichter / optisch ijler
termen omschrijven, lln. mee laten zoeken, naar analogie met weerkaatsing.

elementen met de juiste term tekenen
o
o
o
o
lichtstraal i , invalspunt I
normaal n , invallende lichtstraal i ,
gebroken straal r
invalshoek ̂, brekingshoek ̂,
grenshoek (vanaf een bepaalde hoek is
er alleen weerkaatsing)
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over breking – p. 4
5. Kwantitatieve proeven
Worden uitgevoerd met specifiek didactisch materiaal.
Onderzoeksvraag?
(Wat willen we juist weten, meten, controleren, …)
Wat is het verband tussen de invalshoek en de brekingshoek?
5.1.Demoproef
met voldoende groot materiaal, en verticale opstelling voor de zichtbaarheid in de klas.
 Dit materiaal is speciaal ontwikkeld om de wetten duidelijk aan te tonen.
o laserbox: geeft meerdere brede spleten (rood/groen) (<> laserpen: 1 straal)
o magneetbord: voor verticale opstelling
o magnetische set: halfronde schijf, prisma’s
o magnetische folies: met gradenboog van 360°, optische toestellen
 Er zijn meerdere aandachtspunten
o werken met batterijen of adapter (stopcontact nodig)
o verduistering nodig /wenselijk / gedeeltelijk
 Juiste technieken toepassen om precies te kunnen meten.
o exact plaatsen van de schijf op de gradenboog: centrum van de cirkel,
scheidingsoppervlak
o laserstraal exact in het middelpunt doen invallen
o (laten) aflezen van de hoeken
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over breking – p. 5
5.2.Leerlingenproeven

Dit materiaal is veilig, betaalbaar, in horizontale opstelling op de leerlingentafels.
o
o

lichtbox op lage spanning (5 V, 6 V, 12 V …) gelijk of wisselspanning
(hier) mogelijkheid om 2 spanningen via de
werktafels te regelen, bv.
 6 V gelijkspanning
 12 V wisselspanning
 anders batterijen of adapter nodig
o afdekplaatje met een of meerdere spleten
o halfronde schijf, prisma’s
o (kopieën van) een gradenboog van 360°
o niveauverschil nodig om de straal over het blad te
kunnen volgen
o lat, scherp potlood, kleurpotloden, …
zelfde aandachtspunten

zelfde technieken

ideaal voor de zelfwerkzaamheid van de leerlingen in groepjes van max. 2 leerlingen.
5.3.Proeven

opeenvolging van eenvoudig naar complex, variatie in werkwijze, …
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over breking – p. 6

toepassingen, optische toestellen
cfr. Sirius p 154 en volgende.
6. Concept-test
om de nieuwe leerstof te verankeren, ter controle, …

met concept-cartoon (schieten met pijl / laserpistool?)
ConcepTest
ConcepTest
Hoe moet je mikken om de vis te raken
met een geweer?
1) Mik rechtstreeks op het beeld
van de vis.
1) Mik rechtstreeks op het beeld
van de vis.
2) Mik wat hoger dan de vis.
2) Mik wat hoger dan de vis.
3) Mik wat lager dan de vis.
3) Mik wat lager dan de vis.
Bron: Pearson Education

Hoe moet je mikken om de vis te raken
met een laserpistool?
Bron: Pearson Education
met applet
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over breking – p. 7
7. Terugkeren naar de start van de les
smaakmaker (laten) uitleggen, met tekening bv.
Stok in aquarium (bovenaanzicht) Het bovenste deel
zien alle leerlingen op de plaats van de stok (geel). Het
onderste deel verschilt volgens het standpunt van de
leerling.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Stok in kom water (zijaanzicht)
Voor elk punt van de stok apart teken je de
invallende en gebroken straal
Nascholing 17-10-12
Les over lenzen – p. 1
Lenzen
1. Smaakmaker
met foto’s of concept cartoon, zonder het woord lens erbij te betrekken:
OLG – (foto 1) Franse boeren die de likeur ‘Poire Williams’ produceren, maken van dit effect
graag gebruik. De peren lijken veel groter dan ze in werkelijkheid zijn. Dat zie je als de fles leeg is.
Welk effect kan je hier waarnemen?
OLG – (Concept cartoon bij foto 2)Manu, Matteo, Inda en Wolf bekijken een foto van een
voorwerp achter een ronde glazen kolf die gevuld is met water.
Manu zegt: ‘Dat kan altijd, waar het voorwerp zich ook bevindt.’
Matteo zegt: ‘De foto is omgekeerd.’
Inda zegt: ‘Dat kan, als het voorwerp ver van de kolf staat.’
Wolf zegt: ‘Dat kan nooit, de foto is bijgewerkt.’
Wie heeft gelijk? Bespreek jouw idee met je buur. Kom samen tot een antwoord en leg het voor aan
de hele klas.
(effect van vergroting bij foto 1, van verkleining en omkering in foto 2. Deze effecten worden bij
lenzen waargenomen.)
2. Samen laten zoeken
naar woorden die een verband met lenzen hebben:
Hulpvragen: wat doen lenzen? Waarin zitten lenzen? Hoe zien lenzen eruit?
Ooglens, contactlens, bril, vergrootglas, microscoop, fotografie, …
Glas, plastic, dikker in het midden, inzoomen, soms met kleurenfilter, …
Vergroten, vervormen, ….
Schema op een A3-flap laten zetten per groepje.
De flappen vooraan laten presenteren.
Op bord de woorden klasseren volgens
o vergroten/verkleinen
o concept/toestel
OLG –om samen de lijst in te vullen.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over lenzen – p. 2
3. Kwalitatief onderzoek







Met demo-materiaal
Met leerlingen-setjes
Met brillen en zaklamp
(Model van) verrekijker
reflexcamera
vergrootglas
cilinder met pijl erachter
Waar zitten de lenzen?
Wat doen ze?
Hier expliciet een paar beelden door een lens tonen, zodat de link naar beeldvorming vlot wordt
gelegd.
Waaraan herken je of de persoon met bril bijziend of verziend is?
Hoe verklaar je dat in een loep ook een verkleind beeld te zien kan zijn?
Welke bewerkingen moet je uitvoeren om dat beeld van de horizontale printplaat te produceren?
Het beeld van de pijl wordt door de watercilinder gespiegeld? omgekeerd? beide?
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over lenzen – p. 3
4. Alle elementen zoeken en definiëren
die we nodig hebben om het verschijnsel te beschrijven.
Elementen correct benoemen en tekenen
o bolle lens (convex) /holle lens (concaaf)
o krommingmiddelpunten M1 en M2
o hoofdas = rechte door M1 en M2
o …
De twee grensvlakken samen bepalen of een lens hol of bol is.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over lenzen – p. 4
5. Demonstratieproef voor één situatie uitvoeren
Telkens eerst een onderzoeksvraag stellen:
Hoe maak je stralen zichtbaar? Door weerkaatsing op scherm of op stofdeeltjes.
Wat gebeurt er met een evenwijdige stralenbundel? Dan reële en virtuele brandpunten tonen.
Welke stralen zijn net voldoende om F te vinden? Wat gebeurt er met straal door het midden? Door
een brandpunt? Evenwijdig met hoofdas? Zo karakteristieke stralen laten zoeken.
Benadrukken dat er veel meer stralen zijn dan degene die getekend worden.
Het beeld van een voorwerp zie je alleen als je het op een scherm opvangt.
Een situatie in demoproef tonen: waarop moet je letten? Welke kenmerken noteer je?
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Les over lenzen – p. 5
6. Leerlingenproef = kwantitatief onderzoek met Applet
Simulaties laten de lln. efficiënt onderzoeken door te vergelijken.
Meerwaarde t.o.v. reëel materiaal: alle mogelijke variaties uitproberen.
Eerst zelf laten “spelen” om te vinden wat ze kunnen veranderen.
Resultaten eerst laten tekenen, dan in tabelvorm opschrijven (zie leerlingenwerkblad).
Bolle lens (convex)
http://phet.colorado.edu/nl/simulation/geometric-optics
Eerst verband onderzoeken tussen
o
o
o
voorwerpsafstand
brandpuntsafstand
beeldafstand
Invloed onderzoeken van een verandering van:
o
o
o
brandpuntsafstand
brekingsindex
lensdiameter
… op volgende grootheden:
o
o
o
Vergroting/verkleining
Beeldomkering
Reëel/virtueel beeld
Holle lens (concaaf)
http://janggeng.com/convex-lens-and-concave-lens/
In deze simulatie kan je snel:
 het voorwerp verplaatsen
 de brandpuntsafstand variëren.
Je kunt daarna het verschil tussen holle en bolle
lenzen aantonen.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Werken met applets - p. 1
Werken met applets
Enkele voorbeelden
1. phet.colorado.edu/nl
+ zeer didactisch, mooi, handig, te downloaden
- beperkte keuze voor optica
2. www.haycap.nl/corlaercollege.htm
+ meer keuze
- oudere java-applets (laatste wijziging in 2006), minder mooi,
minder didactisch, werken niet altijd in Google Chrome
3. www.walter-fendt.de/ph14nl/
+ eenvoudig, te downloaden
- beperkte keuze voor optica, oudere java-applets (laatste wijziging in 2006),
minder mooi, minder didactisch
4. home.kpn.nl/h.bruning/applets.htm
+ verzameling van heel wat van de bovenstaande applets met
telkens een woordje uitleg (NL)
5. janggeng.com
+ verzameling van hoofdzakelijk flash-applets
Applet als ondersteuning van een demoproef
Optische verschijnselen en wetmatigheden moeten zeker eens ‘live’ getoond worden. Sommige
experimenten zijn echter niet altijd even duidelijk of moeilijk afstelbaar. Bij sommige experimenten is
het ook moeilijk nauwkeurige kwantitatieve metingen te doen.
Bij grote klasgroepen is het soms moeilijk het experiment zichtbaar te maken voor de hele groep (een
camera kan hier eventueel wel helpen).
Applets kunnen ingezet worden om het ‘live’-experiment te ondersteunen en de wetmatigheden te
onderzoeken en/of verklaren.
Proef met optische bank: Beeldvorming bolle lens
Benodigdheden:
optische bank, (reuter)lamp of kaars (= voorwerp), bolle lens +
lenshouder, scherm
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Werken met applets - p. 1
Proefopstelling:
Plaats de lichtbron op dubbele brandpuntafstand en zoek voor het scherm de positie zodat
het beeld scherp is.
Mogelijk OLG:
Lichtbron nog uit:
Wat staat er hier zoal opgesteld? Welk soort lens is dit (eventueel leerling lens even laten
voelen)?
Lichtbron inschakelen:
Naar waar schijnt het licht? Het licht dat door de lens schijnt vormt een beeld op het
schermpje. Welke kenmerken heeft dit beeld?
Eventueel kan de lens wat verder van of dichter bij de lichtbron geplaatst worden. Het
scherm dient dan ook weer verplaatst te worden om een scherp beeld te krijgen.
Wat stellen we vast? Wat zijn nu de kenmerken van het beeld?
Wat er met de lichtstralen gebeurt als die door een bolle lens gaan, kunnen we ook bekijken
m.b.v. het applet phet.colorado.edu/nl/simulation/geometric-optics.
Applet
-
Selecteer geen stralen en scherm. Zo simuleer je heel goed de demoproef. Je kan de
lamp verplaatsen, met het scherm bewegen om een scherp beeld te krijgen, …
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Werken met applets - p. 1
-
Selecteer veel stralen.
Hiermee laat je duidelijk zien dat
de lichtstralen alle richtingen
uitgaan. Enkel degene die door
de lens gaan, breken
(convergeren). Vaak worden
enkel de kenmerkende stralen
getoond waardoor leerlingen de
indruk kunnen krijgen dat dat de
enige lichtstralen zijn die het
beeld bepalen.
-
Selecteer vervolgens constructiestralen (kenmerkende stralen)
Dit kan eventueel eerst ook eens met de laser box getoond worden
om op die manier de begrippen brandpunt en kenmerkende
stralen van een bolle lens aan te brengen.
Indien men werkt met een digibord, kan een leerling gevraagd
worden de kenmerkende stralen te komen tekenen op het bord.
OLG:
Wat gebeurt er met het beeld
als we de lamp korter/verder
zetten?
Wat verandert er als we de lens
groter maken (schuivertje
diameter)? Andere glassoort,
dikkere lens, …
-
Vervolgens kan i.p.v. een lamp een potlood als voorwerp genomen worden. Doe hiervoor
het vinkje weg bij scherm.
OLG:
Geeft een potlood licht? Komen er lichtstralen van het potlood?
Een applet kan dus zeker een experiment verduidelijken omdat de invloed van bepaalde parameters
op een duidelijke, eenvoudige en snelle manier kan worden nagegaan.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Werken met applets - p. 1
Applet als leerlingenproef/opdracht
Een applet kan ook dienen als leerlingenopdracht zodat leerlingen zelf, eventueel thuis, de invloed van
het wijzigen van bepaalde parameters kunnen bestuderen of op zoek gaan naar fysische
wetmatigheden. Hiervoor wordt best een werkdocument gemaakt.
Een voorbeeld:
Breking en terugkaatsing van lichtstralen
Onderzoeksvraag:
-
Wat is het verband tussen invallende lichtstralen en teruggekaatste lichtstralen?
Welk verband is er tussen de invallende en gebroken straal wanneer een lichtstraal invalt
op het grensvlak tussen twee middenstoffen?
Opdracht:
1. Ga naar de site: www.walter-fendt.de/ph14nl/index.html
- Scroll naar optica en dan naar ”breking van lichtstralen”.
- Lees aandachtig de begeleidende tekst.
- Versleep met de muis de invallende straal en kijk wat er gebeurt.
- Formuleer een hypothese.
2. Voor de onderstaande opdracht moet je rechts in het groene vak gegevens invoeren.
Kwantitatieve resultaten krijg je ook in het groene vak. In het gele vlak zie je dan het
resultaat.
a. Selecteer 2 middenstoffen.
b. Voer 5 invalshoeken i (een beetje raar vertaald als Hoek van inval) in het programma
in en noteer de overeenkomstige brekingshoek r.
c. Bereken ook telkens
.
d. Zet in een eerste grafiek de brekingshoek r uit als functie van de invalshoek i.
e. In de tweede grafiek zet je
uit als functie van
.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Werken met applets - p. 1
Stof 1:
Stof 2:
i (°)
r (°)
sin i
sin r
0
90
3. Wat kan je besluiten uit de tweede grafiek?
4. Bereken in de laatste kolom van de tabel de verhouding
. Wat stel je vast?
5. Herhaal dit voor een ander stoffenpaar.
Stof 1:
Stof 2:
i (°)
r (°)
sin i
sin r
0
90
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Werken met applets - p. 1
6. Wat valt er op?
7. Wat verwacht je als je nog voor een derde stoffenpaar de verhouding
zou berekenen?
8. Formuleer een algemeen besluit bij deze 2 metingen:
Hiermee kan nu eventueel klassikaal de wet van Snellius ingevoerd worden, gevolgd door enkele
oefeningen.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 1
Didactische tips
Smaakmakers / Blikopeners
Het introduceren van een motiverend instapprobleem is een manier om de aandacht van de
leerlingen te trekken. Het instapprobleem is de – soms essentiële - schakel tussen het dagelijkse
leven van de leerlingen en de klassituatie. Het instapprobleem dient duidelijk gesteld te zijn zodat de
leerling er zich in herkent en zodat het een doel geeft aan de rest van de les of lessencyclus.
Het dient de nieuwsgierigheid bij de leerlingen op te wekken.
Hoewel het erg belangrijk is aan te knopen bij ervaringen en leefwereld van de leerlingen, mag men
zich daar niet toe beperken. De aanknoping moet gebruikt worden als springplank naar onderwerpen
die nog buiten hun kennis- en interessesfeer liggen.
Voorbeelden
Je kan vertrekken van een foto:
Hoe werkt een periscoop?
Waarom zie je bultjes op de appel en geen
deuken?
(bron: http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=642355)
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 2
Hoe werkt een zonnewijzer?
(bron: Phys. Teach. 50, 501 (2012))
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 3
Je kan beginnen met een klein proefje:
Je kan beginnen met een kleine opdracht, vraag, cartoon, …
Waar ziet de vis zijn prooi? Duid aan op de figuur.
(bron: Phys. Teach. 48, 491 (2010))
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 4
Peer Instruction
Omschrijving
‘Peer instruction’ [1] is een methode voor het onderrichten van wetenschappen waarbij leerlingen
actief betrokken worden door het inlassen van korte conceptuele meerkeuzevraagjes (ConcepTests)
in de les. Nadat het concept werd uitgelegd, volgt een ConcepTest. Deze volgt steeds eenzelfde
stramien:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
De vraag wordt gesteld.
Leerlingen denken individueel na in stilte (maximum 2 minuten).
Individuele antwoorden worden geregistreerd (handopsteken,
antwoordkaarten, clickers, ...).
Leerlingen overtuigen hun buur van de oplossing (peer instruction). Dit
duurt maximaal 3 minuten.
Leerlingen denken heel kort in stilte na, dan worden de nieuwe
antwoorden geregistreerd.
Het correct antwoord wordt kort klassikaal besproken.
De tijd voor het individueel nadenken wordt beperkt. Op die manier moeten de leerlingen het
antwoord zuiver conceptueel vinden, zonder terug te vallen op vergelijkingen of rekenen.
Indien 30-80% van de leerlingen fout antwoordt, wordt er peer instructie ingelast. Als de meeste
leerlingen in de derde stap onmiddellijk juist antwoorden of als te weinig leerlingen correct
antwoorden, dan heeft de peer instructie geen zin. Bij te weinig correcte antwoorden herhaalt de
leerkracht de leerinhoud vooraleer een nieuwe ConcepTest te gebruiken als evaluatie. Als de
meerderheid van de leerlingen wel juist antwoordt, wordt de verklaring kort klassikaal behandeld
zodat ook de leerlingen die fout waren de correcte redenering meekrijgen.
De overtuig-je-buur sessies doorbreken het klassieke lespatroon, betrekken leerlingen actief bij het
lesgebeuren, leiden systematisch tot betere resultaten en werken ook positief op het zelfvertrouwen
van leerlingen.
Leerlingen worden beloond voor deze moeite: uit onderzoek blijkt dat het beter conceptueel
begrijpen van fysicacontexten hen ook helpt bij het oplossen van meer traditionele oefeningen. We
zouden trouwens willen aanraden ook dergelijke conceptuele vragen te durven inlassen in evaluaties
(toetsen, examens).
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 5
Voorbeelden
1. Hoe moet je mikken om een vis te raken met een pistool?
a.
b.
c.
Mik rechtstreeks op het beeld van de vis.
Mik wat hoger dan de vis.
Mik wat lager dan de vis.
Bron: Pearson Education
2. Hoe moet je mikken om de vis te raken met een laserpistool?
a.
Mik rechtstreeks op het beeld van de vis.
b.
Mik wat hoger dan de vis.
c.
Mik wat lager dan de vis.
Bron: Pearson Education
3. Oliver (O) kijkt in de spiegel en ziet een lichtbron S. Waar bevindt het spiegelbeeld van de
lichtbron zich?
a.
b.
c.
d.
e.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
In 1
In 2
In 3
In 4
Ergens anders
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 6
4. Je houdt een handspiegel op 0.5 m voor je en kijkt naar je spiegelbeeld in een grote spiegel
die zich 1 m achter je bevindt. Hoe ver achter de grote spiegel zie je het beeld van je gezicht?
a.
b.
c.
d.
e.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
0.5 m
1.0 m
1.5 m
2.0 m
2.5 m
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 7
Concept Cartoons
Omschrijving [2, 3]
Concept cartoons werden ontwikkeld door Brenda Keogh en Stuart Naylor [4, 5]. In een concept
cartoon doen de personages een voorspelling over het resultaat van een experiment (zie
voorbeelden). Ze maken deze voorspelling op basis van hun eigen denkbeelden. De cartoon vormt
het startpunt van een discussie in kleine groepjes (van 3 à 4 leerlingen) waarbij de leerlingen eerst
zelf een standpunt innemen en dan de argumenten van de verschillende personages proberen af te
wegen ten opzichte van elkaar. Doordat de discussie over de visies van anderen gaat, wordt de
drempel om mee te discussiëren verlaagd.
De grote jongen zal
sneller vallen dan de
kleine als ze springen.
Ik denk dat ze even
snel zullen vallen.
Ik denk dat de grootste
jongen dieper zal vallen
dan de kleine.
bron: http://www.conceptcartoons.com/science/examples_bungee.html
De verschillende visies vertegenwoordigen de verschillende leerlingendenkbeelden die in een
doorsnee groep aanwezig zijn. De leerlingen identificeren zich gemakkelijk met één van deze
denkbeelden. Het is natuurlijk de bedoeling om die denkbeelden te selecteren die de experimenten
het best verklaren. Leerlingen zullen maar echt leren van de discussie als hun denkbeelden niet in
staat zijn om de experimenten overtuigend te verklaren.
Belangrijk is dat alle denkbeelden zelf op een positieve manier worden benaderd. Ze hebben allen
waarde (want ze zijn gebaseerd op een conceptueel model). Meer nog dan te bepalen welke van de
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 8
uitspraken de wetenschappelijk juiste is, is het zoeken naar het waarom men bepaalde denkbeelden
heeft, belangrijk.
Het nut van concept cartoons
Concept cartoons kunnen gebruikt worden bij het starten van een nieuw onderwerp om de
aanwezige ideeën of leerlingendenkbeelden in een klasgroep te achterhalen, om een discussie op te
starten of een experimenteel onderzoek te motiveren. Ze kunnen ook gebruikt worden ergens
halfweg in een hoofdstuk om de relatie tussen de theorie en het dagelijkse leven te illustreren.
Concept cartoons werken differentiërend. Leerlingen zullen de cartoon interpreteren op het niveau
dat voor hen relevant is. De cartoons werken ook motiverend. Leerlingen worden uitgedaagd om hun
eigen denkbeelden te formuleren en te verdedigen maar ook deze te controleren. De ervaring leert
dat leerlingen heel enthousiast zijn over deze werkvorm.
Hoe worden concept cartoons gebruikt?
Concept cartoons kunnen op verschillende manieren in het klasgebeuren geïntegreerd worden. We
geven hier als voorbeeld een mogelijke werkvorm in een klassieke klasgroep van een 20-tal
leerlingen.
1.
Het onderwerp van de cartoon wordt kort geïntroduceerd en de cartoon met de
verschillende visies wordt getoond.
2.
Leerlingen bestuderen individueel de cartoon en nemen een stelling in (bvb. door
handopsteken of antwoordkaarten).
3.
De klasgroep wordt in kleine groepjes (3 à 4 leerlingen) verdeeld. Elke groep streeft
naar consensus. Deze groepen mogen kleine experimenten opzetten om eventuele
twistpunten uit te klaren. De leraar bezoekt de verschillende groepen maar blijft op
de achtergrond en levert geen inhoudelijke bijdrage. Soms valt de discussie binnen
de groepjes stil (de leerlingen zitten bijvoorbeeld allemaal op dezelfde golflengte).
Op zo een moment stimuleert de leraar de discussie door leerlingen verduidelijking
te vragen bij wat ze zeggen en schrijven.
Hierbij kunnen volgende vragen helpen:




4.
Waarom zijn de andere visies wetenschappelijk foutief?
Kan je concrete voorbeelden of toepassingen vinden die je standpunt
versterken of de andere standpunten tegenspreken?
Kan je een tekening of schema maken dat je standpunt ondersteunt?
Kan je een eenvoudig experiment bedenken waarmee je zou kunnen
aantonen dat je standpunt correct is?
De kleine groepen brengen hun visies in de grote klasgroep. De discussie (en de
experimenten) gaan eventueel verder in de volledige klas. Er wordt weer naar een
consensus gestreefd.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 9
5.
Bespreking: waarom werken bepaalde visies niet en waarom hebben bepaalde
leerlingen hun visie gewijzigd.
6.
Samenvatting van wat de groep heeft geleerd uit deze discussie.
Er bestaan natuurlijk een heleboel andere manieren om met deze cartoons te werken. Men kan de
tekstballonnen wit maken en die door de leerlingen zelf laten invullen. De leraar kan zelf concept
cartoons ontwerpen, of zelfs leerlingen stimuleren om over bepaalde onderwerpen een concept
cartoon te maken. De leerlingen kunnen een rollenspel spelen waarbij ze de verschillende visies
moeten verdedigen, …
Voorbeelden
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 10
Voor meer informatie rond taalondersteuning bij het gebruik van conceptcartoons en voor de
digitale versie van de figuren kan je contact opnemen met [email protected] .
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Didactische tips – p. 11
Referenties
[1] Mazur, E., Peer Instruction: A User’s Manual. Prentice Hall, Upper
Saddle River, NJ, 1997.
[2] Debusschere, M., Concept Fysica. syllabus Woudschoten Conferentie,
2005.
[3] Depoorter, J., Vakdidactiek Fysica, syllabus Arteveldehogeschool,
2004.
[4] Keogh, B., Naylor, S., Concept cartoons, teaching and learning in
science: an evaluation. International Journal of Science Education
1999;21(4):431-46.
[5] Keogh, B., Naylor, S., Concept Cartoons In Science Education : the ConCISE Project. Millgate House Publishers; 2002.
KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica
Nascholing 17-10-12
Another way to experiment with images formed by lenses
Gordon R. Gore
Citation: Phys. Teach. 50, 314 (2012); doi: 10.1119/1.3703557
View online: http://dx.doi.org/10.1119/1.3703557
View Table of Contents: http://tpt.aapt.org/resource/1/PHTEAH/v50/i5
Published by the American Association of Physics Teachers
Related Articles
A demonstration condenser microphone
Phys. Teach. 50, 508 (2012)
Dashboard Videos
Phys. Teach. 50, 477 (2012)
Peer Assessment with Online Tools to Improve Student Modeling
Phys. Teach. 50, 489 (2012)
Analyzing spring pendulum phenomena with a smart-phone acceleration sensor
Phys. Teach. 50, 504 (2012)
Locating the Center of Gravity: The Dance of Normal and Frictional Forces
Phys. Teach. 50, 456 (2012)
Additional information on Phys. Teach.
Journal Homepage: http://tpt.aapt.org/
Journal Information: http://tpt.aapt.org/about/about_the_journal
Top downloads: http://tpt.aapt.org/most_downloaded
Information for Authors: http://www.aapt.org/publications/tptauthors.cfm
Downloaded 12 Oct 2012 to 134.58.253.57. Redistribution subject to AAPT license or copyright; see http://tpt.aapt.org/authors/copyright_permission
Christopher Chiaverina, Column Editor,
4111 Connecticut Trail, Crystal Lake, IL 60012; [email protected]
little gems
Another way to experiment
with images formed by
lenses
Gordon R. Gore, BIG Little Science Centre, Kamloops, BC
Canada; [email protected]
By using a dab of color from a water-soluble felt pen ink,
applied to the top LED and one of the side LEDs (Fig. 2), one
can easily tell that the image is inverted both vertically and
laterally (Fig. 3). Image and object sizes are easily measured.
Image and object distances can be measured with a meter
stick. An optical bench can be modified to accommodate the
LED flashlight.
T
he traditional laboratory activity involving image formation with lenses uses a candle flame as the object. This
works well, but can be messy and possibly hazardous. A better
source of light for the “object” is a compact 9-LED flashlight
(available from a local hardware store).
The lens used in this illustration is a biconvex lens with
a focal length of 10 cm. This was determined by using for
a source a small LED flashlight about 7 m away. (The rays
reaching the lens from a source that far away are essentially
parallel, and come to focus at the focal plane the other side of
the lens.)
With the arrangement in Fig. 1, students can observe that
if the object is more than two focal lengths away from the
lens, the image is inverted and smaller than the object. If the
object distance equals two focal lengths, the image distance
and the size are the same. If the object is moved toward the
lens, between two focal lengths and one focal length, the
image is enlarged and inverted. This is accomplished with a
candle flame as well, but the 9-LED flashlight is much brighter. One can even do this experiment with room lights on if
necessary!
Fig. 2. The top LED has been shaded red. The left LED is
shaded green.
314
The Physics Teacher ◆ Vol. 50, May 2012
Fig. 1. A bright clear image of the
LED source is formed by a convex
lens.
Fig. 3. The image shows bright and
clearly inverted.
DOI: 10.1119/1.3703557
Downloaded 12 Oct 2012 to 134.58.253.57. Redistribution subject to AAPT license or copyright; see http://tpt.aapt.org/authors/copyright_permission
The physicist fish
Christian T. Corrao
Citation: Phys. Teach. 48, 491 (2010); doi: 10.1119/1.3488204
View online: http://dx.doi.org/10.1119/1.3488204
View Table of Contents: http://tpt.aapt.org/resource/1/PHTEAH/v48/i7
Published by the American Association of Physics Teachers
Related Articles
Veritasium lives, Veritasium.org
Phys. Teach. 50, 510 (2012)
Video Sites update: “Science Off the Sphere,” www.physicscentral.com/explore/sots/index.cfm
Phys. Teach. 50, 510 (2012)
Author's response
Phys. Teach. 50, L1 (2012)
The Cassiopeia Project: A series of free science education videos available from Cassiopeiaproject.com
Phys. Teach. 50, 253 (2012)
A Stand-Alone Interactive Physics Showcase
Phys. Teach. 50, 235 (2012)
Additional information on Phys. Teach.
Journal Homepage: http://tpt.aapt.org/
Journal Information: http://tpt.aapt.org/about/about_the_journal
Top downloads: http://tpt.aapt.org/most_downloaded
Information for Authors: http://www.aapt.org/publications/tptauthors.cfm
Downloaded 12 Oct 2012 to 134.58.253.57. Redistribution subject to AAPT license or copyright; see http://tpt.aapt.org/authors/copyright_permission
Christopher Chiaverina, Column Editor,
4111 Connecticut Trail, Crystal Lake, IL 60012; [email protected]
little gems
The physicist fish
Christian T. Corrao, Brooklyn Technical High School, 29 Fort
Greene Place, Brooklyn, NY 11217; [email protected]
N
ature is certainly replete with innately born physicists
but none quite as exemplary, or possibly as unconventional, as the archer fish. Using a powerful squirt of water
from its mouth, this marine marksman (see Fig. 1) can bring
down unsuspecting prey from a distance of up to two meters
away with success rates as high as 69%.1 In addition to correcting for the trajectory of the squirt due to gravity, the
eyes of the animal always remain below the water’s surface,
requiring further adjustment for the refraction of light.2
Researchers have defined the “mean spitting angle” of the
trajectory used by the archer fish to be 75.5o as measured
from the surface of the water,3,4 making this a nontrivial and
quite remarkable feat. Current studies have even shown that
the archer fish has the ability to hit a moving target, downing
its dinner mid-flight.5
This amazing creature can be mined for plenty of challenging and interesting physics. It can be used as an introduction
to refraction or even as an extension to projectile motion.
In my introductory physics class, for example, I use Fig. 2
as a handout and challenge students to draw a simple ray
diagram of the light from the prey as it passes the air/water
boundary.6 We then locate where the apparent image is and
develop detailed quantitative analysis—for example, determining the distance between the actual and perceived location of the target. An excellent YouTube video of this unique
hunting style, excerpted from the BBC miniseries “Weird
Nature,” can be shown as motivation; www.youtube.com/
watch?v=f8oV4RBYR9U.
FIg. 1. Juvenile archer fish learns to hunt. (courtesy of Shelby E.
Temple)
References
1. L. M. Dill, “Refraction and the spitting behavior of archer fish
(Toxotes chatareus),” Behav. Ecol. Sociobiol. 2, 169-184 (1977).
2. P. J. A. Timmermans, “Prey catching in the archer fish: Marksmanship, and endurance of squirting at an aerial target,” Neth. J.
Zool. 50(4), 411–423 (2000).
3. P. J. A. Timmermans, “Prey catching in the archer fish: Angles
and probability of hitting an aerial target,” Behav. Process. 55,
93–105 (2001).
4. S. Schuster et al., “Archer fish learn to compensate for complex
optical distortions to determine the absolute size of their aerial
prey,” Curr. Biol. 14, 1565–1568 (2004).
5. C. Brodie, “Benchwarming pays off for the archer fish,” Am. Sci.
94(3), 218 (May/June 2006).
6. See http://dx.doi.org/10.1063/1.3280371 for a template of the
handout used in this activity.
Fig. 2. Student handout. (courtesy of Shelby E. Temple)
DOI: 10.1119/1.3488204
The Physics Teacher ◆ Vol. 48, October 2010
Downloaded 12 Oct 2012 to 134.58.253.57. Redistribution subject to AAPT license or copyright; see http://tpt.aapt.org/authors/copyright_permission
491