Modeldenken

Krachtentekeningen: deze diagrammen worden gebruikt om de krachten die op een object werken te visualiseren.

Sterke punten:

• Visuele representatie waardoor leerlingen een beter begrip krijgen van de interacties tussen objecten.
• Door het maken en analyseren van krachtendiagrammen ontwikkelen leerlingen analytische vaardigheden, waaronder het identificeren van verschillende krachten en het bepalen van hun richting en grootte.
• Het gebruik van krachtendiagrammen helpt leerlingen bij het begrijpen van de krachtenbalans. Dit stelt hen in staat om te voorspellen hoe een object zal bewegen onder invloed van deze krachten.
• Krachtendiagrammen zijn essentieel bij het toepassen van de wetten van Newton op verschillende situaties, waardoor leerlingen de concepten van kracht en beweging beter begrijpen.

Zwakke punten:

• Voor sommige leerlingen kunnen krachtendiagrammen abstract lijken, vooral als ze niet gewend zijn aan het visualiseren van krachten.
• Bij complexe systemen met meerdere krachten kunnen krachtendiagrammen ingewikkeld worden, wat het moeilijker kan maken voor leerlingen om ze te begrijpen en te interpreteren.
• Het maken van krachtendiagrammen kan veel tijd in beslag nemen, vooral voor leerlingen die voor het eerst hiermee leren werken.

De formules van de wetten van Newton zijn in die zin modellen, dat ze de beweging onder invloed van krachten wiskundig beschrijven. Massa’s worden beschouwd als puntmassa’s om het rekenen te vereenvoudigen. Vaak wordt om een situatie te vereenvoudigen de invloed van wrijvingskracht verwaarloosd.

Sterke punten

• De wetten zijn breed toepasbaar voor zowel alledaagse bewegingen als hemellichamen in de ruimte. Ze bieden een relatief eenvoudige manier voor het begrijpen van de wereld om ons heen.
• De wetten van Newton stellen ons in staat om de beweging van objecten nauwkeurig te voorspellen op basis van bekende krachten.

Zwakke punten

• Voor het beschrijven van de beweging van objecten op zeer kleine schaal (zoals subatomaire deeltjes) of op zeer grote schaal (zoals in de relativistische en kwantummechanica) is de Newtoniaanse mechanica ontoereikend.
• In sommige gevallen wordt door vereenvoudiging van de werkelijkheid (het verwaarlozen van de invloed van wrijvingskrachten) een onnauwkeurige of vertekende beschrijving van de werkelijkheid gegeven.

Voor de wet van behoud van energie maak ik gebruik van een soort staafdiagrammen en computersimulaties waarin de uitwisseling van verschillende vormen van energie gevisualiseerd wordt.

Sterke punten:

• Dit model is een visualisatie van het concept van behoud van energie. Het model stelt de leerlingen in staat om te begrijpen hoe energie wordt omgezet van de ene vorm naar de andere en hoe energiebehoudswetten van toepassing zijn op verschillende situaties.

Zwakke punten:

• Met staafdiagrammen kan je de verdeling van verschillende energievormen op een bepaald punt in de tijd tonen. Maar voor een diepgaande uitleg van de wet van behoud van energie zou je eerder grafieken of diagrammen willen gebruiken die de energieomzettingen in een systeem in de loop van de tijd laten zien.

Computersimulaties: interactieve computersimulaties zoals Phet kunnen leerlingen helpen de wet van behoud van energie te begrijpen door hen in staat te stellen experimenten uit te voeren en energieomzettingen te observeren in verschillende scenario’s. De beweging van een skateboard op een helling is heel inzichtelijk.

Sterke punten:

• Omdat alle leerlingen beschikken over een iPad of ander digitaal device, is het makkelijk om leerlingen hiermee te laten werken.
• De simulaties zijn interactief (de leerling kan zelf aan de knoppen zitten) en overzichtelijk.

Zwakke punten:

• Voor de docent wordt minder snel duidelijk of de leerlingen snappen wat ze aan het doen zijn.

In het algemeen geldt dat iedere wetenschappelijke notatie en formules een representatie van de werkelijkheid is: we gebruiken wiskundige formules om fysische verschijnselen te kwantificeren en te voorspellen.

Introductie van een nieuw model

Om abstracte concepten van energiebehoud meer toegankelijk te maken ga ik meer gebruik maken van verhalen en analogieën. Bijvoorbeeld, het vergelijken van energie met geld op een bankrekening, waarbij je alleen kunt uitgeven wat je hebt, kan helpen bij het begrijpen van het concept van energiebehoud. Over een betere analogie moet ik nog nadenken, maar het gebruik van verhalen in de les vind ik leuk en spreekt leerlingen in het algemeen aan.

Onderbouwing van mijn keuze

Onderzoek (Gendner, 1983 en Simmons, A.L., & Noland, M.P. (2012)) heeft aangetoond dat het gebruik van verhalen en analogieën kan helpen om abstracte concepten toegankelijker te maken en het begrip te verbeteren. Door complexe informatie in een verhaalvorm te gieten of door gebruik te maken van analogieën die aansluiten bij de ervaringen van studenten, kunnen leerlingen de concepten gemakkelijker begrijpen en onthouden. Het kan ook hun interesse in het onderwerp stimuleren.

Hoewel ik het gebruik van verhalen en analogieën als nuttig beschouw, zie ik in dat het belangrijk is om ze zorgvuldig te selecteren. Ze moeten relevant zijn voor de inhoud die wordt onderwezen en ze moeten worden gebruikt om concepten te verduidelijken.

Mijn visie op het gebruik van modellen in het onderwijs

In het onderwijs helpen modellen bij het bevorderen van begrip. Modellen dienen als gereedschappen waarmee natuurkundige concepten op een toegankelijke en gestructureerde manier kunnen worden gepresenteerd. Mijn visie op het gebruik van modellen in het onderwijs is gebaseerd op het idee dat modellen dienen als bruggen tussen abstracte theoretische concepten en de daadwerkelijke, tastbare wereld om ons heen.

Ik ben ervan overtuigd dat het gebruik van modellen in het onderwijs moet worden gekoppeld aan actieve betrokkenheid van leerlingen. Leerlingen moeten worden aangemoedigd om modellen te verkennen en te interpreteren als een middel om zelf kennis te construeren in plaats van passief informatie te ontvangen.

Het gebruik van modellen in het onderwijs staat uiteraard niet op zichzelf en staat naast andere didactische benaderingen en leermiddelen. Door modellen te combineren met bijvoorbeeld actief leren, probleemgestuurd onderwijs en technologie, kunnen wij als docent een afwisselend aanbod met betrekking tot de te leren lesstof bieden.