STEM Concretisering
Conceptcartoon over traagheid
Conceptcartoon over traagheid in een context van skating.
Keogh, B. & Naylor, S. (2002). Concept Cartoons In Science Education : the ConCISE Project. Sandbach, Cheshire: Millgate House.
De Lange, J. (2009). Case study, the use of concept cartoons in the Flemish science education: Improvement of the tools and supporting learners' language skills through a design based research. ESERA proceedings 2009, Istanbul, Turkey
Directe waarnemingen leiden niet altijd zomaar tot de juiste fysica
1. Heeft een lichaam de neiging om tot rust te komen?
Experiment: Rol een knikker over de tafel.
Waarneming: Na een tijd komt die tot stilstand.
Besluit: Een lichaam waar geen kracht op inwerkt, komt tot stilstand.
Moet je een kracht blijven uitoefenen op een lichaam om het in beweging te houden?
Ook hier laat het dagelijks leven schijnbaar zien dat dit waar is.
Waarom nemen we dan in de wetenschappen precies het omgekeerde aan: het is toch een paradoxaal idee dat een lichaam de neiging heeft om in beweging te blijven terwijl je zo duidelijk in de buitenwereld ziet dat een lichaam juist de neiging heeft om tot rust te komen. De omkering van het principe (t.o.v. Aristoteles) is een verdienste van Galilei (beschreven in zijn 'Dialogo' ).
2. Vallen zware voorwerpen sneller dan lichte?
Natuurlijk! Je ziet het toch alle dagen voor je: een loden knikker valt sneller dan een pluimpje. De wetenschappen bouwt toch verder op experimenten, dus dit is eenvoudig te bewijzen.
Besluit: Uit experimenten blijkt dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichte.
Maar is dit waar?
De mensheid ziet de maan al miljoenen jaren aan de hemel staan en appels vallen ook al lang maar men heeft daarmee nog geen mechanica van Newton die de beweging van de maan rond de aarde en het vallen van appels kan verklaren met dezelfde principes!
Newton verklaarde het vallen van de appel en de beweging van de maan om de aarde vanuit eenzelfde gravitatiewet.
Wat zijn de bewegingswetten waaraan de bewegingen van alle dingen moeten voldoen? Zijn er fundamentele wetten in de natuur waaraan zowel de bewegingen van vallende appels als de bewegingen van hemellichamen, moeten voldoen?
Voor de mens lijken vallende appels en de omwenteling van hemellichamen alvast 2 fenomenen die niet zo gek veel met elkaar te maken hebben. Newton verenigde ze echter door een universele zwaartewet aan te nemen.
Newtons theorie voorspelde dat het mogelijk zou zijn om een kanonskogel (als hij maar snel genoeg zou weggeschoten worden) in een baan om de aarde te brengen. Hij redeneerde als volgt: Veronderstel dat men in horizontale richting een kogel afschiet van een toren of een berg. De kogel volgt een kogelbaan en valt op enige afstand van de toren op de grond. Hoe harder men de kogel schiet, hoe verder hij van de toren weg komt. Maar, bij een grotere afstand begint het aardoppervlak merkbaar te krommen; ze kromt als het ware van de vallende kogel weg. Bij afwezigheid van luchtweerstand moet het mogelijk zijn om de kogel zo hard weg te schieten dat hij net zo snel valt als de aarde onder de kogel ‘weg kromt’. In dat geval bereikt de kogel aan de andere kant weer de toren…
Precies dat doet de maan. Ze valt naar de aarde toe, maar door haar horizontale snelheid kromt het aardoppervlak steeds onder haar weg tijdens de val, en bereikt ze nooit het oppervlak: de maan is in een baan om de aarde.
Misconcepten in verband met eenvoudige stroomkringen
Uit de review 'Goesting in STEM'
Evoluerende (mis)concepten in verband met eenvoudige stroomkringen:
1.‘Sink model’. Bij dit meest primitieve denkmodel, geloven leerlingen dat een draad tussen de lamp en de batterij voldoende is om de lamp te doen branden. Ze denken dat de tweede draad niet nodig is of enkel dient om nog meer stroom aan de lamp te leveren.
2.Botsend stroommodel. Leerlingen begrijpen dat beide uiteinden van een lamp moet verbonden worden met beide polen van de batterij. De denkfout die leerlingen hierbij maken is dat ze geloven dat de positieve lading reist van de positieve kant van de spanningsbron naar de positieve zijde van elektrisch apparaat en dat de negatieve lading reist van de negatieve pool naar de negatieve zijde van het apparaat. Wanneer deze twee verschillende ladingen botsen, produceren ze elektriciteit of energie waardoor het apparaat werkt.
3a. Verbruikmodel. Dit is het eerste model waar de leerlingen begrijpen dat stroom in een bepaalde richting circuleert. Het bijzondere in dit model is de misvatting dat stroom langzaamaan geconsumeerd wordt in de verschillende delen van de stroomkring.
3b. Constante stroommodel. De leerlingen denken dat de stroom geleverd door de batterij constant blijft in de volledige stroomkring onafhankelijk van andere verbruikers of een andere configuratie van de stroomkring. Dit leiden ze af uit hun waarneming dat de helderheid van de lichtbron niet lijkt te veranderen.
3c. Oppervlakte model. Leerlingen nemen aan dat het licht dat de lampjes verspreiden rechtstreeks verband houdt met het aantal lampjes in het circuit en onafhankelijk is van de configuratie van de stroomkring.
3d. Voorlopige Ohm model. Bij deze leerlingen begint er begrip te komen over het feit dat de manier waarop de lampjes opgesteld staan in de stroomkring een invloed kan hebben op de helderheid van de lampjes. Zij kennen de begrippen serie en parallelschakeling, maar zijn nog niet volledig in staat om de functie en invloed ervan volledig te duiden.
4. Ohm model. De leerlingen die het 'Ohm model' bevatten zijn in staat om onderscheid te maken tussen serie en parallel schakelingen, en ze begrijpen hoe dit gerelateerd is aan de helderheid van de lamp en de levensduur van de batterij. Dit model komt overeen met de 'wetenschappelijke visie'.