Op welke manier wordt ingegaan op de preconcepten (voorkennis) en misconcepten?

'Sneeuw op de speelplaats': leerlingendenkbeelden

Leerlingendenkbeelden

Ons dagelijks taalgebruik suggereert het: sommige stoffen/materialen hebben de eigneschap om dingen warm te maken.  Wanneer je de sneeuwman een jas aandoet, maak je hem warm en zal hij dus sneller smelten.  Je doet een jas aan om jezelf warm te houden, vandaar dat leerlinge de jas met arm maken zullen associëren.  'Doe je jas aan, dan krijg je het warm.'

Binnen dit leerlingendenkbeeld zijn 'warmte' en 'koude' soorten stoffen die in een voorwerp opgeslagen zitten.  Deze visie strookt met de visie binnen de vroegere warmtetheorie.  Resten van deze theorie zijn in ons taalgebruik verweven en worden onbewust van generatie op generatie overgedragen.

Wetenschappelijke visie

De huidige wetenschappelijke visie stelt dat wanneer twee voorwerpen, op een verschillende temperatuur in thermisch contact worden gebracht, het voorwerp met de laagste temperatuur (de sneeuwman) in temperatuur zal stijgen.  Het voorwerp met de hoogste temperatuur (de lucht) zal in temperatuur dalen.

De temperatuur van een voorwerp is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes waaruit het voorwerp is gemaakt.  Wanneer voorwerpen op een verschillende temperatuur thermisch contact maken zullen de deeltjes in het contactvlak door 'botsingen' kinetische energie uitwisselen tot beide voorwerpen eenzelfde eindtemperatuur bereiken.

Breng je tussen de stoffen een stof aan die isoleert dan vertraag je dat proces.  In het voorbeeld van de sneeuwman, fungeert de jas als een isolator.  Het energietransport tussen de sneeuwman en de omgeving neemt af.  De sneeuwman met jas zal dus minder snel smelten.

Aandachtige leerlingen kunnen hier opmerken dat de situatie beïnvloed wordt wanneer je de sneeuwman een zwarte jas zou aandoen.  De zwarte jas zal dan de warmte opnemen (en niet reflecteren).  Dit kan leiden tot extra stof tot discussie.  Een andere factor die dit proces zal beïnvloeden is de omgeving.  In de cartoon zie je een helderblauwe hemel en stralende zon.  De stralingswarmte van de zon en de 'warmere' omgevingslucht maakt het mogelijk dat de sneeuwman zal smelten.  De situatie verandert echter wanneer het een ijskoude grijze dag is waarbij de dagtemperatuur onder het vriespunt ligt.

Experimenteel

Experimenteel kunne de verschillende hypothesen getest worden op de volgende manier: als model voor sneeuwman gebruik je ijsblokken gemaakt in plastiek bekertjes.

Wegens de eenvoud en de doelstelling zelf een experiment te bedenken wordt hier geopteerd voor een open experiment.  Zo kan je leerlingen vragen zelf een experiment te bedenken dat een sluitend antwoord kan geven op de vraagstelling in deze cartoon.

In een eerste fase geven leerlingen de 'sneeuwman' al dan niet een jas en onderzoeken ze welke sneeuwman het snelst smelt.  Hoe ze die waarneming doen, op basis waarvan ze het smelten opmeten, is een opdracht op zich.  In een tweede fase kunnen leerlingen onderzoeken welke materialen het meest geschikt zijn als thermische isolator en met het deeltjes model kunnen ze een verklaring geven voor hun experimentele resultaten.

Enkele mogelijkheden met verschillende parameters zijn:

• Gebruik van sokken (1 of meerdere) of handschoenen.  Zok kan je het effect van de verschillende materialen uittesten (dikte, soort materiaal enz.)
• Kleur van de materialen (zwart versus wit)
• Parameters van de omgeving (binnen in het fysicalokaal, buitenlucht, zon, vrieskou, ..)

Ook als thuisopdracht biedt dit experiment veel mogelijkheden.

Staat de zon of de aarde centraal?

Uit de review 'Goesting in STEM'

Het geocentrisme (of het idee dat niet de zon, maar de aarde centraal staat) is een idee dat heel intuïtief en normaal gegroeid is.  We zien in het oosten de zon opkomen en in het westen ondergaan.  Ons gezond verstand vertelt ons vervolgens dat de zon rondom de Aarde draait.  Het wetenschappelijke idee dat de aarde om haar eigen as draait (en op deze manier deze illusie creëert) is eerder contra-intuïtief.  In wetenschappen blijken heel wat ideeën contra-intuïtief te zijn.  Wat zegt dit uiteindelijk over de manier hoe we STEM moeten onderwijzen?  Is het wenselijk dat we van leerlinge verwachten dat ze zelf de wetenschappelijke ideeën kunnen ontdekken?

Het uitstellen van antwoorden