Logo Universiteit Utrecht

Handboek Natuurkundedidactiek

5.5 Modelleren

Literatuur

Achtergrond

Onderzoeken, ontwerpen en modelleren – Een beschouwing over leren onderzoeken, ontwerpen en modelleren in hun onderlinge samenhang staat in hoofdstuk 13 van bij de literatuur genoemde boek Omzien in verwarring (Lijnse, 2014d).

Op de website van Ecent staat een dossier ‘modelleren’ met een verzameling artikelen over theoretische en praktische aspecten van vaardigheidsontwikkeling op dit terrein: www.ecent.nl > dossiers > modelleren.

Vakdidactisch onderzoek – Het Tijdschrift voor Didactiek der β-wetenschappen (TDβ) heeft in 2003 een themanummer uitgebracht over computerondersteund modelleren:

Leerlijn – Het hierboven genoemde proefschrift Development of a Modelling Learning Path (Van Buuren, 2014) gaat uitgebreid in op de in paragraaf 5.5 van het handboek geschetste leerlijn modelleren en het in dat kader uitgevoerde onderzoek, inclusief het gebruikte lesmateriaal.

De in deze paragraaf van het handboek genoemde module Vacuümpomp is een goed voorbeeld van wat er allemaal nodig is om beginners (begin van klas 3hv) een beetje te leren modelleren. Het is niet de eerste module uit de leerlijn, maar wel een belangrijke. Hulpmiddelen: Uitwerkingen | Docentenhandleiding | Coach6-bestanden: Meetblad, Model-a voorbeeldpomp, Model-b echte pomp.

De onderstaande publicatie gaat in op het toetsen van de modelleerkennis en modelleervaardigheid van de leerlingen.

Het hieronder genoemde proefschrift Het natuurwetenschappelijk modelleren van dynamische systemen (Ormel, 2010) gaat in op de ontwikkeling van de modelleervaardigheid van de leerlingen.

Lespraktijk – De (sommige al wat oudere) artikelen hieronder geven uiteenlopende voorbeelden van de lespraktijk rond computerondersteund modelleren.

Lesmaterialen

Modelleersoftware – Voor computerondersteund modelleren is Coach6 of Coach7 van het Centre for Microcomputer Applications (CMA) zeer geschikt, niet alleen vanwege de mogelijkheid om te kiezen voor modelleren in de vorm van een tekstmodel of een grafisch model, maar ook vanwege de mogelijkheden om modelleren te combineren met meten, video-meten, dataverwerking en animaties. Website: www.cma-science.nl.

Computerondersteund modelleren – De hieronder genoemde modules Een sportieve beweging en Broeikas Aarde: een leefbare temperatuur zijn in de beginjaren van deze eeuw ontwikkeld in het project Computerondersteund Modelleren. Hier zijn alleen de in het kader van dat project ontwikkelde natuurkundemodules opgenomen, niet die voor scheikunde en biologie. De destijds gebruikte modelleersoftware voor grafisch modelleren was PowersimTM. Daarmee zijn dus ook de in het leerlingen- en docentenmateriaal opgenomen modellen getekend, maar de overeenkomst met grafische modellen in Coach6 of Coach7 is groot genoeg om niet tot interpretatieproblemen te leiden. De twee hieronder opgenomen modules zijn redactioneel bewerkt, zodat ze grotendeels los zijn komen te staan van de te gebruiken modelleersoftware. De modellen zelf en de in het materiaal genoemde basishandleiding (over de uit te voeren handelingen met de modelleersoftware) zijn niet meer beschikbaar, maar dat vormt een mooie aanleiding om zelf met de modelleersoftware aan de slag te gaan.
De ideeën in de module Broeikas Aarde: een leefbare temperatuur zijn verder uitgewerkt in de hieronder genoemde module Klimaatmodellen, waarin wordt gewerkt aan het ontwerpen, bouwen en testen van een computermodel dat de temperatuur aan het aardoppervlak doorrekent voor de periode 1800-2000 onder invloed van een toenemende concentratie broeikasgassen in de atmosfeer en de als gevolg van de daardoor stijgende temperatuur veranderende omstandigheden aan het aardoppervlak (minder sneeuw en ijs, en meer bewolking). Met dit computermodel is ook een scenario-studie mogelijk voor de periode 2000-2200: hoe verandert de temperatuur aan het aardoppervlak bij verschillende scenario’s voor de uitstoot van broeikasgassen naar de atmosfeer.

Lesactiviteiten – De publicatie hieronder geeft een aantal lesactiviteiten rond computerondersteund modelleren voor natuurkunde. Daarbij gaat het niet om ‘leren modelleren’ maar om iets als ‘toepassen van eerder geleerd modelleren’. De lesactiviteiten geven een beeld van wat er met modelleren mogelijk is. De links in de tabel geven de bijbehorende computermodellen in Coach6 in de vorm van een (nog aan de lesactiviteit aan te passen) basismodel of in de vorm van een model dat als resultaat van de lesactiviteit kan worden gezien.

Lesactiviteiten Computermodellen
Tekstmodel Grafisch model
2     Radioactief verval basismodel_RA
3     Tijdrit Tour de France 1989

4     Vrije val door de geluidsbarrière

5     Het Kanaal over vliegen

6     Ingooien

basismodel_KB
7     Planeetbanen  

planeetbaan

basismodel_KB

planeetbaan

8     Zonnezeil basismodel_KB
9     Planckkrommen planckkromme_1

planckkromme_2

10   Broeikaseffect  

aarde zonder atmosfeer

aarde met atmosfeer

basismodel_WT

aarde zonder atmosfeer

aarde met atmosfeer

11   Druk en temperatuur in sterren ster_1

ster_2

ster_3

Hulpmiddelen

Modelleerheuristiek – De link hieronder geeft een voor beginners bruikbare pragmatische heuristiek, gericht op het in een juiste volgorde bouwen van een grafisch computermodel:

Cursusactiviteiten