Gezamenlijk data collectie

De beschrijving van dit didactisch principe is oorspronkelijk beschreven in het NVOX artikel Practicum, net even anders Pols (2020) en later in het Physics Education artikel Collaborative data collection: shifting focus on meaning making during practical work Pols & Diepenbroek (2023).

Introductie¶

Voor een goede begripsontwikkeling lijkt een discussie voor- en achteraf van grote waarde te zijn Abrahams & Millar (2008). Daar is helaas zelden voldoende tijd voor doordat leerlingen eerst vertrouwd moeten raken met de apparatuur, ze diverse meetseries moeten verkrijgen wat veel tijd kost, of het voor hen niet duidelijk is wat er precies gedaan moet worden waardoor ze op diverse fronten kostbare tijd verliezen. Door leerlingen vooraf te laten oefenen of voorbereidende opdrachten te gebruiken, kun je deze problemen voorkomen (Berg & Budding, 1994). Het aantal te verrichten metingen kunnen we ook beperken maar dit komt de betrouwbaarheid van de data niet ten goede. Juiste conclusies trekken wordt dan ook een stuk lastiger. Is er niet een andere manier te bedenken waardoor tijd vrij komt voor die zo belangrijke discussie?

Elke groep een andere opdracht¶

In plaats van elke leerling precies hetzelfde practicum uit te laten voeren kun je elke groep een iets andere opdracht geven door een enkele eigenschap te veranderen. Geef bijvoorbeeld bij het bepalen van de dichtheid van ijzer elke groep een ander voorwerp of een andere hoeveelheid. De leerling oefent nog steeds met het meten van massa en volume, en het berekenen van de dichtheid. De twee gemeten grootheden delen de leerlingen op het digitale schoolbord alwaar het recht evenredig verband tussen volume en massa ontstaat. Tijd gaat niet zitten in het verzamelen van data, omdat iedere leerling slechts een enkele meting uitvoert. De gewonnen tijd besteden we aan de discussie: “Wat is de betekenis van (bijna) alle punten op dezelfde rechte? Wat nu als er een meting niet op deze rechte ligt? Waarom is het doen van metingen bij verschillende volumes/massa’s belangrijk voor de precieze bepaling van de dichtheid van het materiaal?” Dit is slechts één voorbeeld van een eenvoudige proef ter illustratie van het principe. Ik geef nog twee voorbeelden waarbij de opbrengst van deze aanpak duidelijk naar voren komt.

Versnelling langs een helling¶

Een interessant practicum wat gebruik maakt van CDC is geschreven door Pols (2015). Leerlingen krijgen per tweetal de opdracht om de versnelling van een karretje op een licht gekantelde luchtkussenbaan te bepalen door de benodigde tijd om verschillende afstanden af te leggen te bepalen en zo de versnelling terug te rekenen ($a=\sqrt{\frac{2s}{t}}$). Elk groepje meet aan een luchtkussenbaan met een eigen, specifieke helling θ en wordt gevraagd de bepaalde versnelling en de hellingshoek te rapporteren aan de docent.

Tijdens het practicum zien alle leerlingen het verband tussen de afgelegde weg en de tijd, iets wat ze in de theorie al hebben gezien. Het maken van de grafiek (Figuur 1), eventueel met coordinaattransformatie en het berekenen van de versnelling, helpt hen bij het verder ontwikkelen van het concept van eenparig versnelde beweging. In een van de lessen daarna kun je als docent de leerlingen vragen de grafieken naast elkaar te leggen en de overeenkomsten verschillen te bespreken.

De docent laat nu de bepaalde versnelling als functie van de hellingshoek zien, zie grafiek Figuur 1 midden. Op het eerste gezicht lijken de metingen op een rechte lijn liggen. Maar we weten een punt dat we niet hebben gemeten: bij een hoek van 90^o is de versnelling 9.81 m/s². Als we daar naar kijken, dan zien we dat we de sinus van de hellingshoek moeten gebruiken om de juiste versnelling te krijgen (Figuur 1 rechts). Er geldt dus: $a=gsin(\theta)$

Conclusie¶

Een practicum waarin leerlingen zelfstandig de bovenstaande conclusies moeten trekken zou niet realistisch zijn. Naast dat het ze te veel tijd zou vragen om alle data te verzamelen, is het maar de vraag of ze tot de gewenste inzichten komen. Door slim gebruik te maken van een kleine variatie in de practica die de leerlingen doen en vervolgens die data te combineren, kunnen we

1. zekerder zijn dat leerlingen de inzichten van het eigenlijk practicum verwerven (deze worden centraal bediscussieerd);
2. overeenkomsten en verschillen tussen datasets vergelijken waardoor er een dieper begrip ontstaat;
3. grotere conclusies trekken die op basis van een enkele dataset niet getrokken zouden kunnen worden. In dit boek vind je diverse voorbeelden van de CDC-aanpak. Zo vind je een goed voorbeeld in het toestel van Atwood, mocht je meer voorbeelden willen zien.