Begripsontwikkeling en misconcepten van 5-vwo leerlingen bij het onderwerp elektriciteit. Onderzoek van Onderwijs. Willem Jan Jong

Begripsontwikkeling en misconcepten van 5-vwo leerlingen bij het onderwerp elektriciteit Onderzoek van Onderwijs Willem Jan Jong Instituut ELAN, Universiteit Twente, Enschede

Periode:

Oktober 2005 – Februari 2006

Begeleiding ELAN: Jan van der Veen Nellie Verhoef In samenwerking met Pius X college te Almelo: Jan Rijvers Leerlingen 5VWO Na1

Verslag onderzoek van onderwijs

Willem Jan Jong

Begripsontwikkeling en misconcepten van 5-vwo leerlingen bij het onderwerp elektriciteit Onderzoek van Onderwijs

Willem Jan Jong Studentnummer: 9806962

Instituut ELAN, Universiteit Twente, Enschede Oktober 2005 – December 2005 Begeleiding ELAN: Nellie Verhoef Jan van der Veen In samenwerking met Pius X college te Almelo: Jan Rijvers Leerlingen 5VWO Na1

Samenvatting Het thema elektriciteit is in het middelbare onderwijs een lastig thema, waar veel leerlingen veel misconcepten hanteren in hun denken. In dit onderzoek zijn bekende misconcepten aan het begin en einde van een lessenserie in kaart gebracht en de veranderingen daarin bekeken. Om wat dieper in de gedachten van de leerlingen te kijken is ook een aantal interviews met leerlingen afgenomen waarbij de leerlingen hardop denken. Uit het onderzoek blijkt dat met name rond het (omgaan met) begrip spanning nog veel te verbeteren valt. Daarnaast blijkt het misconcept (gedeeltelijk) stroomverbruik slecht aan te pakken, omdat het in spreektal ingebakken zit. In dit onderzoek blijkt, opvallend genoeg, dat lokaal redeneren nog de meeste fouten oplevert bij de leerlingen. Als laatste kan gezegd worden dat misconcepten niet altijd aan het licht komen met schriftelijk toetsen alleen. Om volledig inzicht te kunnen krijgen is ook mondelinge toetsing nodig, omdat misconcepten zeer verborgen kunnen zitten.

1


Willem Jan Jong

Voorwoord Dit onderzoek is tot stand gekomen als realisatie van het verplichte vak Onderzoek van Onderwijs van de lerarenopleiding Natuurkunde aan de Universiteit Twente. Het onderzoek heb ik opgezet tijdens mijn stage periode bij het PiusX college te Almelo. In mijn stage periode gaf ik les aan bovenbouw leerlingen van de HAVO en VWO afdeling. Een van de onderwerpen die ik gepland had om te gaan behandelen was het onderwerp elektriciteit. Aangezien ik zelf afgestudeerd elektrotechnicus ben, heb ik veel affiniteit met dit onderwerp. Het leek me dan ook zeer leuk om tijdens de lessenserie over elektriciteit een onderzoek te gaan doen. In overleg met mijn stagedocent Jan Rijvers heb ik de lessenserie ingedeeld en daarin ruimte gemaakt voor het onderzoek. Zo heb ik bij dit onderwerp twee toetsten, een practicum en praktische opdrachten met Java-applets gegeven. Daarnaast heb ik interviews afgenomen met leerlingen. Bij deze wil ik Jan Rijvers en de leerlingen van 5 VWO na1 dan ook bedanken voor hun medewerking aan dit onderzoek. Verder bedank ik Jan van der Veen voor het helpen met het opzetten van het onderzoek en de kritiek op de eerste versies van dit verslag.

Willem Jan Jong Student universitaire lerarenopleiding natuurkunde

2


Willem Jan Jong

Inhoud 1. Inleiding......................................................................................................................... 4 2. Achtergronden............................................................................................................... 5 Vakinhoudelijke thema: elektriciteit ............................................................................... 5 Begripsvorming van leerlingen bij het thema elektriciteit............................................... 5 Verschillende manieren van leren ................................................................................. 5 3. Methode ........................................................................................................................ 8 De testgroep .................................................................................................................. 8 Onderzoeksplan ............................................................................................................ 8 Diagnostische toets ....................................................................................................... 9 Tweede diagnostische toets ........................................................................................ 10 Interviews .................................................................................................................... 11 4. Resultaten ................................................................................................................... 13 Resultaten eerste diagnostische toets......................................................................... 13 Resultaten tweede diagnostische toets ....................................................................... 14 Analyse verschuivingen in de scores .......................................................................... 16 Gepaarde t-toets:......................................................................................................... 17 Resultaten interviews .................................................................................................. 24 Algemeen................................................................................................................. 24 Leerling 1 ................................................................................................................. 24 Leerling 2 ................................................................................................................. 26 Leerling 3 ................................................................................................................. 27 5. Conclusies................................................................................................................... 29 Conclusies eerste diagnostische toets ........................................................................ 29 Conclusies na de tweede diagnostische toets............................................................. 29 Conclusies interviews .................................................................................................. 31 6. Discussie en aanbevelingen ....................................................................................... 33 Discussie ..................................................................................................................... 33 Aanbevelingen............................................................................................................. 34 7. Referenties.................................................................................................................. 35 Bijlage A Diagnostische toets.......................................................................................... 36 Bijlage B Inventarisatie diagnostische toets.................................................................... 39 Bijlage C Diagnostische eindtoets................................................................................... 44 Bijlage D Inventarisatie diagnostische eindtoets............................................................. 48 Bijlage E Statische analyse............................................................................................. 53 Bijlage F Setup interviews met leerlingen ....................................................................... 55 Bijlage G Verbatim interviews ......................................................................................... 57

3


Willem Jan Jong

1. Inleiding Een van de lastige onderwerpen in het natuurkundeonderwijs op de middelbare school is elektriciteit. De begrippen spanning en stroom worden vaak door elkaar gehaald en er bestaan veel verschillende misconcepties over deze begrippen bij leerlingen. Dit is zelfs nog het geval nadat onderwijs op dit gebied is gevolgd. Het lijkt me dan ook interessant om de denkbeelden die leerlingen hebben over de concepten spanning, stroom en weerstand in kaart te brengen over een tijdspanne van een lessenserie (10 à 11 lessen). Verder ben ik geïnteresseerd in de verandering van het niveau waarop de leerlingen denken en communiceren over het onderwerp en welke (meta)cognitieve technieken ze daarbij gebruiken. Daarbij wil ik gaan kijken naar de verschillende manieren van leren. De onderzoeksvraag luidt: Welke concepten hanteren VWO leerlingen bij het thema elektriciteit en wat is de verandering daarin over een serie lessen. In het kader van dit onderzoek zal een pre en een posttoets worden afgenomen en interviews worden gehouden met leerlingen. In hoofdstuk 2 wordt ingegaan op aan dit onderzoek aanverwante literatuur. De toetsen zijn gericht op het in kaart brengen van bekende misconcepten. Hoofdstuk 3 geeft aan op welke manier dit bewerkstelligd is. Verder geeft hoofdstuk 3 de opzet van de interviews weer. De interviews zijn gericht op verschillende manieren van leren zoals beschreven door Chin & Brown. De resultaten van de pre en post toets worden in hoofdstuk 4 beschreven. De resultaten zullen worden gebruikt om te kijken naar de verschuiving in concepten die leerlingen hanteren. In hoofdstuk 5 zullen de conclusies over de resultaten worden beschreven. In het zesde laatste hoofdstuk komen de discussie en aanbevelingen aan bod.

4


Willem Jan Jong

2. Achtergronden Vakinhoudelijke thema: elektriciteit Het tekstboek dat de leerlingen gebruiken, behandelt bij het onderwerp elektriciteit de volgende onderdelen: * Lading * Stroom * Spanning * Weerstand * Stroomkring * Wet van Ohm * Elektrisch vermogen, Elektrische energie * Serie/parallel schakeling * Vervangingsweerstand

Begripsvorming van leerlingen bij het thema elektriciteit In het boek children’s ideas in science [1] geeft David Shipstone aan dat eenmaal gevormde verkeerde modellen zeer hardnekkig bestand zijn tegen verandering door instructie. Het is dus interessant om te onderzoeken in welke mate, ook na enig onderwijs op het gebied van elektriciteit, nog steeds misconcepten aanwezig zijn bij leerlingen. P. Licht en M. Snoek [2] hebben onderzoek gedaan naar begrips- en redeneerproblemen van leerlingen bij het onderwerp elektriciteit. Het onderzoek werd gehouden onder 307 leerlingen uit vierde klassen HAVO en VWO. In het artikel proberen ze een overzicht te geven van de problemen die leerlingen ook na het elektriciteitsonderwijs nog vaak hebben.

Verschillende manieren van leren Chin en Brown [3] hebben onderzoek verricht naar verschillende manieren van leren. Ze spreken over twee globale denkmanieren: deep and surface approach. Ze geven een 5 tal categorieën waaruit de verschillen blijken: Generative thinking, nature of explanations, asking questions, metacognitive activity, approach to tasks. Met name de eerste 4 categorieën wil ik gebruiken om het denken communicatieniveau te bepalen.

5


Willem Jan Jong

Per categorie kan een niveau aan geven worden. Aan de hand van deze niveau’s kan worden aan geven of er sprake is van deep dan wel surface approach. Hieronder geef ik voor de categorieën: generative thinking, nature of explenations en asking questions uitwerkingen van de verschillende niveau’s. Generative thinking (generatief denken): Niveau 1: De leerling weet geen antwoord te bedenken en stopt met denken. Een standaard antwoord: “Ik weet het niet.” [en verder geeft de leerling geen respons]. Niveau 2: De leerling geeft een “omzeilend antwoord”. De leerling geeft een antwoord op iets wat met de vraag te maken heeft, maar niet op de vraag zelf. Niveau 3: De leerling geeft na (lang) nadenken kort en bonding een goed of fout antwoord op de vraag. Niveau 4: De leerling geeft een goed of fout antwoord met veel details en diepgang. Eventueel nog met voorbeelden ter illustratie. De niveau’s 1 tot en met 3 geven het beeld van een surface approach. Niveau 4 is in verband te brengen met deep approach.

Nature of explenations (Aard van verklaringen): Niveau 1: De leerling geeft een herformulatie van de vraag. Niveau 2: De leerling geeft een “black box” beschrijving. Hij of zij geeft geen verwijzing naar een mechanische. Niveau 3: De leerling geeft een macroscopische beschrijving: de leerling beschrijft enkel dat gene dat zichtbaar is. Niveau 4: De leerling geeft een microscopische beschrijving. Het gaat dan om een niet zichtbare (theoretische) beschrijving: oorzaak-gevolg-relaties, model, minitheorie. De niveaus 1 tot en met 3 geven het beeld van een surface approach. Niveau 4 is in verband te brengen met deep approach.

6


Willem Jan Jong

Vragen stellen: De vragen die in verband gebracht kunnen worden met een oppervlaktebenadering (surface approach), hebben meer betrekking op fundamentele, feitelijke of procedurele informatie. De feitelijke vragen zijn vaak gesloten vragen met één enkel ondubbelzinnig antwoord. Typische vragen van dit type zijn vragen naar informatie uit het handboek of vragen over een eenvoudige observatie van een gebeurtenis. Vragen die te verbinden zijn aan een diepte benadering (deep approach) van leren zijn te omschrijven als verwonderingsvragen, die op de nieuwsgierigheid, verbazing, scepticisme, of speculatie van de studenten wijzen. De vragen concentreren zich op verklaringen en oorzaken, voorspellingen, of het oplossen van discrepantie in kennis. Deze vragen zijn meer open, fantasierijk, en weerspiegelend. De vragen worden geworpen op conceptueel hoger niveau, vereisen een toepassing of een uitbreiding van onderwezen ideeën. De vragen komen voort uit een diepe interesse van de leerlingen of zijn het gevolg van een inspanning om de wereld beter te begrijpen. Zij worden gevraagd als leerlingen proberen om nieuwe en bestaande kennis met elkaar in verband te brengen of wanneer ze complexe en uiteenlopende informatie uit meervoudige bronnen proberen te integreren. Ze kunnen ook gesteld worden als leerlingen interne associaties maken onder verschillende aspecten van de nieuwe kennis tijdens hun inspanningen om deze te begrijpen. Verwonderingsvragen omvatten (a) begripsvragen die typisch naar een verklaring zoeken van iets dat niet begrepen wordt, (b) voorspellingsvragen van het type: "Wat zal er gebeuren als…" die uitgaan van een zekere speculatie of hypothesecontrole, (c) anomalieopsporingsvragen waarin de leerling scepticisme uitdrukt of tegenstrijdige informatie ontdekt en de abnormale gegevens probeert te verklaren, (d) toepassingsvragen waarin de leerling zich afvraagt waarvoor de om handen informatie dient, en (e) planning of strategie vragen waarin de leerling tijdelijk vast geraakt is en zich afvraagt hoe hij het beste verder kan gaan wanneer vooraf geen procedure aangereikt is. Deze lijst van categorieën van verwonderingsvragen is niet volledig, maar omvat de meeste gebruikelijk gemeenschappelijke vragen van leerlingen.

7


Willem Jan Jong

3. Methode De testgroep De klas waarin ik het onderzoekje heb opgezet is een 5-VWO klas bestaande uit 25 leerlingen. Deze leerlingen hebben in de vierde klas ook eens kennis gemaakt met het onderwerp elektriciteit. Verder hebben ze 1 les opfrissing gedaan op basis van zelfstudie (doorlezen boek + sommen). Het onderzoek heb ik uitgevoerd in een blok waarin het onderwerp elektriciteit werd behandeld.

Onderzoeksplan Om mijn interventies te kunnen toetsen wil ik weten hoe de begripsvorming van de begrippen spanning, stroom en weerstand verloopt over een serie lessen. De opzet is om verschillende toets momenten in te bouwen, na belangrijke leeractiviteiten. Leeractiviteiten: • Practicum Wet van Ohm (opnemen I,U-karakteristiek) • Klassikale uitleg van de hoofdpunten van de lesstof. • Gebruik van een Java applet • Doornemen van de lesstof in het tekstboek en het maken van de betreffende sommen (zelfstandig door de leerlingen). Toetsing: • Het eerste toetsmoment is in principe al het practicum. De resultaten van het practicum kunnen al een indicatie geven of de leerlingen het verband tussen spanning en stroom bij een ideale geleider en een niet ideale geleider kunnen formuleren. •

Als tweede en direct volgend op het practicum wordt een diagnostische toets afgenomen. Deze toets is gebaseerd op onderzoek van P. Licht en M. Snoek [2]. De toets is bedoeld om bij leerlingen mogelijk aanwezige misconcepten op te sporen.

•

Het derde middel is een aantal interviews met leerlingen. Deze wil ik bij voorkeur houden nadat leerlingen gewerkt hebben met JAVA applets. In deze gesprekken wil ik meer te weten komen hoe en op welk niveau de leerlingen denken/redeneren over het onderwerp elektriciteit.

•

Als laatste wil ik een afsluitende diagnostische toets doen. Deze is in principe hetzelfde als de eerste toets. Nu zijn dezelfde vragen anders geformuleerd en uitgebreid met wat complexere vragen. Zo is het mogelijk om verandering in (mis)concepten te meten. Tevens is het nu mogelijk om voortschrijdend inzicht te toetsen.

8


Willem Jan Jong

Diagnostische toets In het kader van dit onderzoek heb ik in de les na het practicum de leerlingen een diagnostische toets laten maken. Deze toets bevatte 7 onderdelen met multiple choise vragen gebaseerd op onderzoek van P. Licht en M. Snoek [2]. Bij de antwoorden stonden naast het goede antwoord ook antwoorden die gebaseerd zijn op verkeerde modellen en of denkwijzen, zogenaamde misconcepten. Aan de hand van de gegeven antwoorden is af te leiden welke mogelijke concepten leerlingen er mogelijk op nahouden. Daarnaast is te zien in welke mate de (mis)concepten aanwezig zijn. Aanpak De toets die afgenomen is weergegeven in bijlage 1. De toets bestaat uit 7 vragen met meerdere onderdelen. De toets is gemaakt door 7 meisjes en 17 jongens. In de vermelde testvragen worden de correcte antwoorden met een kruisje of een getal aangegeven. De percentages sommeren niet iedere keer tot 100 % door afrondingsfouten. De toets richt zich op 6 zaken die bij veel leerlingen fout gaan. Het gaat om: 1. De differentiatie tussen spanning en stroom. 2. Verbruiksideeën bij een brandend lampje. 3. Ideeën over stroombehoud. 4. Ideeën over spanningsverdeling. 5. Lokaal redeneren. 6. Problemen bij veranderingen in schakelingen. Ad1. Eén van de belangrijkste problemen binnen het onderwerp elektriciteit is dat leerlingen de begrippen spanning en stroom niet van elkaar kunnen onderscheiden. In de eerste opgave wordt gevraagd naar de mogelijke aanwezigheid van een spanning of een stroom in enkele eenvoudige situaties.

Ad2. Om een lampje te kunnen laten branden, moet er ergens in de schakeling iets verbruikt worden. Het is voor veel leerlingen echter niet vanzelfsprekend, dat het de energie is die wordt verbruikt (of beter: omgezet). Veel leerlingen hebben het idee dat elektrische stroom verbruikt wordt. Ad3. In een schakeling met seriegeschakelde componenten is de stroomsterkte overal even groot. We kunnen hier spreken van stroombehoud. In de opgave is een circuit bestaande uit 1 lus met daar in verschillende componenten gegeven. De leerlingen moeten op verschillende punten de stroomsterkte aangeven. Bij deze opgave kunnen ook verbruiksideeën over stroom naar voren komen.

9


Willem Jan Jong

Ad4. De opgave bij dit onderwerp vraagt naar de spanningsverdeling over lampjes. Hier dient de regel gebruikt te worden dat de spanning over een weerstandsloze draad nul is en dat de spanning zich verdeelt over de aanwezige (seriegeschakelde) lampjes. In plaats van stroombehoud, wordt hier een soort van “spanningsbehoudregel” toegepast. Ad5. Een veel voorkomende redeneerwijze is het zogenaamde “lokaal redeneren”: ieder punt in een schakeling wordt apart bekeken, onafhankelijk van wat zich voor of achter dat punt bevindt. Bij een splitsing in een schakeling betekent dat bijvoorbeeld, dat de stroom zich gelijk opdeelt over de verschillende parallelle takken, onafhankelijk van de weerstanden in deze takken. In de opgave is sprake van drie parallelle lampjes. Maar door de speciale geometrie van de schakeling is het mogelijk om lokale redeneringen op te sporen. Ad6. De laatste twee opgaven betreffen veranderingen in schakelingen. Met behulp van opgave 12 kan de mate van sequentieel redeneren worden vastgesteld. Het gaat daarbij om de redenering, dat een verandering in een schakeling alleen invloed heeft op dat deel van de schakeling achter de verandering. In het deel van de schakeling vóór de verandering is niets gewijzigd. In leerlingentaal: “de stroom weet daar nog niet dat er verderop iets is veranderd”. Opgave 13 betreft een verandering in een parallelschakeling. Hier blijkt een nog grotere variatie aan antwoorden mogelijk. Deze opgave geeft een beeld van de vele redeneerwijzen die leerlingen kunnen toepassen.

Tweede diagnostische toets Het aantal deelnemers aan deze toets is 24, waarvan 6 meisjes en 18 jongens. De toets richt zich op dezelfde 6 zaken als de eerste toets. Het gaat om: 1. De differentiatie tussen spanning en stroom. 2. Verbruiksideeën bij een brandend lampje. 3. Ideeën over stroombehoud. 4. Ideeën over spanningsverdeling. 5. Lokaal redeneren. 6. Problemen bij veranderingen in schakelingen. In principe zijn dezelfde vragen gesteld maar in een ander jasje. Daarnaast komt nog extra het leggen van verbanden in grafieken aanbod. De afgenomen eindtoets is opgenomen in bijlage C.

10


Willem Jan Jong

Interviews De interviews zijn van belang om wat nauwkeuriger inzichten te verwerven over de manier van denken van de leerlingen. Het is met deze tool tevens mogelijk om te kijken naar metacognitieve denkwijzen. Uit de vragen die de leerlingen zelf stellen tijdens een interview is het ook mogelijk om een indicatie te verkrijgen of ze een deep of een surface approach hanteren. Van drie leerlingen zal een interview worden afgenomen. De leerlingen zijn geselecteerd aan de hand van een globale indruk door het jaar heen. De selectie is zo dat de leerlingen verschillen in attitude, manier van leren en intelligentie. Bij de interviews pas ik het hard-op-denk-protocol toe. De gesprekken worden opgenomen met een taprecorder en naderhand word hiervan een verbatim opgesteld. Tijdens de gesprekken zal worden aangestuurd op antwoorden van de leerlingen die inzicht geven in het denken over de lesstof en over het denken zelf (metacognitief gedrag). De aanpak van de interviews is uitgebreid beschreven in bijlage E. Na afloop van de interviews zal aan de hand van de categorieën van Chin en Brown gekeken worden naar het denken van de leerling. De evaluatie is gericht op: * Het categoriseren van generatief denken (het voorspellen) * Het categoriseren van de verschillende typen verklaringen (aard van de verklaringen) * Het categoriseren van de door de leerlingen gestelde vragen * Het letten op juist taalgebruik (worden begrippen op goede manier gebruikt: geen spanning door, en stroom op ed.) * Het letten op metacognitief gedrag: hoe stelt een leerling zijn beeld over een onderwerp al dan niet bij. Tijdens de interviews wil ik ook een applet gebruiken. Deze applet [4] simuleert een stroomkring met daarin een weerstand waarvan de waarde kan worden aangepast. Tevens is het veranderen van de spanningswaarde mogelijk. Een screen dump van de gebruikte applet is opgenomen in Figuur 1.

Aandachtspunten bij het gebruik van de applet: 1. De leerlingen moet je eerst laten voorspellen. 2. Vragen stellen die met goed observeren te beantwoorden zijn (leerlingen moet parameters veranderen) 3. Reflectieve vragen: het toetsen van de eigen voorspelling door de leerling. 4. Vragen naar verbanden.

11


Willem Jan Jong

Figuur 1: Screen dump van de gebruikte applet

12


Willem Jan Jong

4. Resultaten Resultaten eerste diagnostische toets De voorkomende antwoordcombinaties zij in bijlage B verzamelt. Per antwoord is ook in een percentage uitgedrukt hoe vaak een bepaald antwoord werd geven in de groep leerlingen. Tevens is in de bijlage de score per categorie van elke leerling opgenomen in een tabel. Daarnaast zijn ook de totale en gemiddelde score per categorie gegeven. Als laatste zijn ook de toetsscore per leerling en de gemiddelde toetsscore vermeld. Nu worden per categorie de resultaten gegeven. De differentiatie tussen spanning en stroom. Ongeveer de helft van de leerlingen geeft hier het goede antwoord en maakt verschil tussen spanning en stroom en erkent de stroomkring als voorwaarde voor stroom. Heel veel leerlingen (84%) geven goed aan waarneer er een stroom loopt (gesloten kring), maar over de spanning zijn er een flink aantal (35%) foutieve variaties. Ideeën die hier aan ten grondslag kunnen liggen zijn: spanning en stroom komen altijd samen voor of spanning en stroom komen nooit samen voor. Verbruiksideeën bij een brandend lampje. Het merendeel van de leerlingen (46%) heeft een gedeeltelijk verbruiksidee over de elektrische stroom. Als goede tweede (21%) wordt het volledige stroomverbruik als concept gehanteerd. Hiernaast zijn er nog leerlingen die twijfelen tussen een volledig en een gedeeltelijk stroomverbruik. Deze zouden kunnen denken dat bij benadering alle stroom verloren gaat. Slechts 1 leerling gaf het goede antwoord. Hieruit kan opgemaakt worden dat het (gedeeltelijke) verbruiksidee van stroom een zeer hardnekkige misconceptie is (slechts 1 leerling dacht aan volledig stroombehoud). Ideeën over stroombehoud. 63% van de leerlingen hanteert het principe van stroombehoud in deze vraag. Daarnaast zijn er verschillende foute antwoorden die berusten op een stroomverbruikprincipe. Uit de andere tests die P. Licht en M. Snoek hebben afgenomen, bleek dat veel leerlingen lampjes en weerstanden opvatten als componenten met nadrukkelijk verschillende eigenschappen. Het is dus mogelijk dat leerlingen die in opgave 2 stroomverbruik bij lampjes hanteerden, in opgaven met weerstanden uitgaan van stroombehoud of omgekeerd. Ideeën over spanningsverdeling. Geen enkel goed antwoord is op deze vraag gegeven. Bijna alle leerlingen gaan uit van een spanningsbehoud (85 % eerste deel, 75 % tweede deel). Daarnaast komen ideeën die berusten op spanningsverbruik veel voor (zolang het lampje niet gepasseerd is, blijft de spanning 6 Volt, daarna verandert de spanning). Het is ook mogelijk dat er daarnaast 13


Willem Jan Jong

een redenering is opgezet in termen van “potentiaal” in plaats van “potentiaalverschil” (spanning). Leerlingen geven daarom massaal aan dat de spanning over enkel een draad ook 6V is. Lokaal redeneren. Het lokaal redeneren is bij de testgroep een dominante fout (62 %). Bij elke splitsing wordt de inkomende stroom gehalveerd. 38 % verdeelt de totale stroom gelijk over de drie paden. Problemen bij veranderingen in schakelingen. Bij de eerste vraag in deze categorie (nummer 12) wordt door 75 % sequentieel geredeneerd: na de verandering van R1 is de stroomsterkte in het lampje kleiner, na de verandering van R2 verandert de stroomsterkte niet. 13 % ziet dat een lokale verandering invloed heeft op de gehele kring. De stroomsterkte verandert bij 8 % van de leerlingen in geen van beide gevallen. Dit duidt weer op een constant stroom-idee, ongeacht de opbouw van de schakeling. De aantallen bij verschillende antwoorden op vraag 13 zijn heel erg verdeeld, maar vaakst (25 %) word het goede antwoord gegeven. Naast het juiste concept wordt door 17 % een constant-stroom-idee of een compensatie-idee toegepast: de bron wordt beschouwd als een constante stroombron, dus I is constant. De afname van I2 wordt gecompenseerd door een toename van I1. Maar verreweg de meeste antwoorden (43 %) hebben weer te maken met foute sequentiële redeneringen.

Resultaten tweede diagnostische toets De voorkomende antwoordcombinaties zij in bijlage D verzamelt. Per antwoord is ook in een percentage uitgedrukt hoe vaak een bepaald antwoord werd geven in de groep leerlingen. Tevens is in de bijlage de score per categorie van elke leerling opgenomen in een tabel. Daarnaast zijn ook de totale en gemiddelde score per categorie gegeven. Als laatste zijn ook de toetsscore per leerling en de gemiddelde toetsscore vermeld. Nu worden per categorie de resultaten gegeven. De differentiatie tussen spanning en stroom. Ongeveer de 71 % van de leerlingen geeft hier het goede antwoord en maken dus het verschil tussen spanning en stroom. Deze leerlingen weten dat als er een stroom loopt in een kring dat er sprake van een spanningsbron moet zijn en dat het omgekeerde niet altijd het geval is. Een relatief groot aantal leerlingen (21 %) denkt dat spanning en stroom altijd samen voorkomen. Geen enkele leerling heeft meer het idee dat spanning en stroom nooit samen voor kunnen komen (elkaar uitsluiten). 8 % is nog niet zeker over het juiste antwoord.

14


Willem Jan Jong

Stroomverbruiksideeën. Het merendeel van de leerlingen (50 %) geeft nu het antwoord dat alle stroom behouden blijft. Als goede tweede (29 %) wordt het gedeeltelijke stroomverbruik als concept gehanteerd. 13 % geeft een onlogisch antwoord, namelijk dat alle drie mogelijkheden niet waar zijn. Uit deze resultaten kan opgemaakt worden dat het gedeeltelijke verbruiksidee van stroom een zeer hardnekkige misconceptie is en blijft. Het volledige stroomverbruiksconcept is wel helemaal verdwenen onder de leerlingen. Ideeën over stroombehoud. 92 % van de leerlingen hanteert het principe van stroombehoud in deze vraag. Daarnaast zijn er twee antwoorden die aanduiden, dat nog niet begrepen is dat dezelfde stroom ook door de spanningsbronnen loopt. Antwoorden die duiden op een stroomverbruikprincipe worden, op een antwoord na, niet meer gegeven. Ideeën over spanningsverdeling. Over ideeën met betrekking tot spanningsverdeling heb ik twee vragen bedacht, vraag 4a en 4c. Op deze vragen word matig gescoord. Op vraag 4a geeft 37 % het goede antwoord, op vraag 4b 38 %. Daarnaast komen ideeën die berusten op spanningsverbruik veel voor (zolang de weerstand niet gepasseerd is, blijft de spanning 12 Volt, daarna verandert de spanning). Het is ook mogelijk dat er daarnaast een redenering is opgezet in termen van “potentiaal” in plaats van “potentiaalverschil” (spanning). Leerlingen geven daarom massaal aan dat de spanning over enkel een draad ook 12V is. Verder komen antwoorden voor waaruit blijkt dat leerlingen de bronspanning altijd gelijk verdelen over alle componenten (iets wat slechts correct is als de weerstand van alle componenten gelijk is). Lokaal redeneren. Uit de antwoorden op vraag 5 blijkt dat het lokaal redeneren bij de testgroep een dominante fout is: 75 % geeft een antwoord wat hiermee in verband te brengen is. Bij elke splitsing wordt de inkomende stroom gelijk verdeeld over de paden. 21 % verdeelt de totale stroom gelijk over de vier paden. Problemen bij veranderingen in schakelingen. Bij de eerste vraag in deze categorie (nummer 7b,c,d) wordt door 75 % juist geredeneerd. Sequentiële redenaties zijn niet meer aanwezig. Wel is er een antwoord dat duidt op een constant-stroom-idee, ongeacht de opbouw van de schakeling. De aantallen bij antwoorden op vraag 8c zijn in tweeën gedeeld. 33 % geeft het goede antwoord. De twee typen foute antwoorden hebben te maken met lokale redeneringen: de leerlingen zien niet wat het (juiste) effect is van het weghalen van een weerstand op de gehele schakeling. Bij vraag 8d geeft 33 % het goede antwoord. De foute antwoorden kunnen nu te maken hebben met wederom lokale redeneringen (42 %) of sequentieel redeneren (25 %). Het kan nu ook sequentieel redeneren zijn omdat leerlingen aangeven dat de intensiteit van het lampje niet verandert als je “achter” het lampje een weerstand weghaalt. 15


Willem Jan Jong

Verbanden in grafieken. De helft van de leerlingen kan het juiste verband tussen U en I bij een lampje geven. 33 % verwart mogelijk het verband van een lampje met het rechtevenredige verband van een ohmse weerstand. 17 % kiest wel voor een parabolische vorm, maar de verkeerde. Dit kan zijn omdat ze niet goed bij de assen hebben gekeken of uitgaan van R=I/U i.p.v. R=U/I.

Analyse verschuivingen in de scores De scores op de pre- en posttoets worden in deze paragraaf per categorie nader geanalyseerd. Tevens zal de totaalscore per leerling nog bekeken worden. Per categorie is gekeken naar de verschuiving per categorie. Tevens is de significantie van de verschuiving bepaald d.m.v. een gepaarde t-test. Deze gepaarde t-test is uitgevoerd met SPSS 10.0.1 en de resultaten van de test staan in bijlage E.

Leerling Ani H. Anne S. Bas ter H. Bram N. Danny B. Erhan A. Gijs W. Inger H. Ingmar Van A. Laurens W. Maaike J. Maikel S. Mathijs B. Narine H. Nick A. Nick G. Niek L. Réne N. Richard L. Robbert T. Roy L. Stefan L. Susan G. Totaal Gemiddeld

1e test 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 12 0,52

Categorie 1 2e test Verschuiving 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 16 0,70

Tabel 1: Scores categorie 1.

0 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 -1 -1 0 -1 1 4 0,17


1e test 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0,04

Categorie 2 2e test Verschuiving 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 12 0,52

1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 11 0,48


16


Willem Jan Jong

Gepaarde t-tets: Als steeds twee waarnemingen worden gedaan op hetzelfde individu, of als de waarnemingen op twee gepaarde individuen worden gedaan, zijn de eerste en de tweede waarneming afhankelijk en vormen zij geen (twee) onafhankelijke steekproeven. De toevallige afwijkingen in de uitkomsten zijn dan gecorreleerd en de standaardfout van het verschil van de steekproefgemiddelden is kleiner dan bij onafhankelijke uitkomsten. Omdat de waarnemingen gepaard zijn, kunnen we de verschillen tussen de waarnemingen op één individu, d = x1 - x2 nu beschouwen als een steekproef uit de populatie van verschillen, d = m1 - m2, en als nulhypothese formuleren, dat H0: d = 0. De toets kan worden uitgevoerd, alsof er maar één steekproef was; een steekproef met continue variabele. De standaardfout van het steekproefgemiddelde, = , is:

waarin σd de standaardafwijking van de verschillen in de populatie en n de steekproefomvang is. De toetsingsgrootheid:

heeft de standaard normale verdeling. Meestal is σd echter niet bekend en moet worden geschat uit de steekproefgegevens. De toetsingsgrootheid heeft dan de t-verdeling met n - 1 vrijheidsgraden [5]. Als de nulhypothese is dat er niets veranderd is na afloop, dan is de verschuiving significant (op niveau 0.05) als de kans op een toevallige verschuiving omhoog of omlaag van die omvang kleiner is dan 5% . Voor tweezijdige waarden wordt getoetst met 2.5%. Namelijk voor 2,5 % boven en 2,5% onder de nulhypothese.

Categorie 1: Differentiatie tussen spanning en stroom Tien leerlingen (43 %) hebben vooruitgang geboekt, zie tabel 1. Zes leerlingen (26 %) hebben daar en tegen bij de 2e toets de vraag fout waar ze de vraag in de 1e toets nog goed hadden. Het resultaat is dat gemiddeld genomen de groep beter heeft gepresteerd. Er is een stijging in de gemiddelde score van 35 %. De stijging heeft een tweezijdige significantie waarde van 0,328. Dit is dus geen significante stijging. Categorie 2: Stroomverbruikideeën Op dit concept is volgens tabel 2 door de leerlingen enkel vooruitgang of continuering van de score geboekt. Dit komt doordat bijna alle leerlingen de vraag op de 1e toets fout hadden. 45 % van de leerlingen heeft vooruitgang geboekt. De gemiddelde score op de categorie is dan ook significant hoger: stijging van 1200%. De bijhorende significantie

17


Willem Jan Jong

waarde is 0. Dit is dus zeker een stijging die significant is omdat de kans op een toevallige stijging veel kleiner is dan 5%. Absoluut valt de score nog steeds tegen want slechts 52 % heeft de vraag bij de 2e toets goed beantwoord. Categorie 3: Ideeën over stroombehoud De scores op categorie 3 zijn op genomen in tabel 3. Ook in deze categorie is enkel verbetering of continuering zichtbaar. Zeven leerlingen (30 %) heeft zich kunnen verbeteren op dit concept. De situatie hier is bijna optimaal want alle leerlingen op 1 na hebben nu een goed antwoord gegeven. De gemiddelde score is 47 % gestegen. De tweezijdige significantie waarde van de stijging is 0,005. Een kant tekening op deze stijging is dat meer dan de helft van de leerlingen de vraag op de eerste toets al correct beantwoord had.


1e test 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 15 0,65

Categorie 3 2e test Verschuiving 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 22 7 0,96 0,30



1e test 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00

Categorie 4 2e test Verschuiving 0 0 2 2 0 0 2 2 0 0 0 0 2 2 0 0 2 2 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 2 2 0 0 2 2 1 1 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 18 18 0,78 0,78


Categorie 4: Ideeën over spanningsverdeling Op deze categorie heeft volgens tabel 4, 43 % van de leerlingen zich verbeterd. Waarvan 8 leerlingen zich 100 % heeft verbeterd (heeft nu de maximale score behaald). De verschuiving is significant (0,001), maar absoluut gezien is de gemiddelde score 18


Willem Jan Jong

maar 39 % van de maximale score. Aan het begrip van dit concept valt dus nog veel te verbeteren.


1e test

Categorie 5 2e test Verschuiving

1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 8 0,35

0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0,22

-1 0 0 0 -1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 -1 0 0 -3 -0,13

Tabel 5: Scores categorie 5. Categorie 5: Lokaal redeneren Op dit misconcept is helaas een flinke, maar niet significante verslechtering zichtbaar, zie tabel 5 en bijlage E. 22 % van de leerlingen had bij de eerste toets de vraag goed beantwoord, maar bij de 2e toets fout beantwoord. Twee leerlingen (9 %) had wel beter gescoord op de tweede toets. Het grootste gedeelte van de groep (57 %) had zowel bij de 1e als de 2e toets de vraag fout. Tevens 9 % van de leerlingen had zowel op de 1e als de 2e toets de vraag goed. De gemiddelde score is met 37 % afgenomen. Daarnaast is de absolute score op dit onderdeel, gemiddeld 22 % van het maximum, zeer slecht te noemen. Kennelijk was de vraag op de 2e toets moeilijker dan op de 1e toets en blijft deze vraag een grote valkuil.

19



1e test 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 2 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 8 0,35

Norm 1e 0 0 0 1 0 0 0 0,5 0 0 0 1 0,5 0 0 0 0 0 0 0,5 0 0,5 0 4 0,17

Willem Jan Jong

Categorie 6 2e test Norm 2e 3 1,00 3 1,00 3 1,00 2 0,67 1 0,33 0 0,00 2 0,67 1 0,33 1 0,33 0 0,00 3 1,00 1 0,33 0 0,00 3 1,00 1 0,33 1 0,33 1 0,33 1 0,33 1 0,33 1 0,33 2 0,67 1 0,33 1 0,33 33 11,00 1,43 0,48

Verschuiving 1,00 1,00 1,00 -0,33 0,33 0,00 0,67 -0,17 0,33 0,00 1,00 -0,67 -0,50 1,00 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 -0,17 0,67 -0,17 0,33 7,00 0,30

Tabel 6: Scores categorie 6. Categorie 6: Problemen bij veranderingen in schakelingen De scores van de pre- en posttest van categorie 6 zijn genormaliseerd om ze beter te kunnen vergelijken. De betreffende waardes staan in tabel 6. De scores in deze categorie lopen flink uiteen. Zes leerlingen (26 %) hebben slechter gescoord op de 2e toets dan op de 1e toets. Vijftien leerlingen (65 %) hebben zich verbeterd. De gemiddelde score is met 176 % gestegen. Deze stijging is ook weer significant want de tweezijdige significantiewaarde is 0,008. Ook bij deze categorie is de absolute score op de tweede toets nog steeds matig te noemen (gemiddeld 48 % van het maximum).

20


Willem Jan Jong

Totale toetsscore De scores van tabel 7 zijn per leerling ook opgenomen in figuur 2. De meeste leerlingen (83 %) hebben beter gescoord op de 2e toets. Helaas heeft 17 % het op de tweede toets iets minder punten gescoord dan op de eerste toets. De leerlingen hebben gemiddeld ruim twee keer zoveel punten op de 2e toets dan op de 1e toets gescoord. De gemiddelde score is met 110 % gestegen en is ook uit de t-test als significant naar voren gekomen, de betreffende significantie waarde is namelijk 0. De standaard deviatie is bij de 1e toets: 16,82. Bij de tweede toets is de standaard deviatie:18,27. De spreiding van de scores van de leerlingen is dus een klein beetje toegenomen, maar het gemiddelde is aanzienlijk hoger geworden. Dit wordt nog verduidelijkt door de Figuren 3 en 4, waarin histogrammen van de verdelingen van de scores van respectievelijk de 1e en 2e diagnostische toets zijn afgebeeld.


Score [%] 25 12,5 12,5 62,5 25 0 12,5 37,5 25 0 0 62,5 37,5 25 12,5 12,5 37,5 37,5 12,5 25 25 25 25 575 23,96

Score [%] 55,56 88,89 66,67 66,67 44,44 44,44 77,78 33,33 44,44 22,22 66,67 66,67 33,33 77,78 55,56 44,44 55,56 44,44 44,44 22,22 55,56 22,22 44,44 1211,11 50,46

Verschuiving 30,56 76,39 54,17 4,17 19,44 44,44 65,28 -4,17 19,44 22,22 66,67 4,17 -4,17 52,78 43,06 31,94 18,06 6,94 31,94 -2,78 30,56 -2,78 19,44 636,11 26,50

Tabel 7: Scores 1e en 2e diagnostische toets.

21


Willem Jan Jong

Toetsscores 90 80 70 60 50 Score [%] 40 30 20 10 0

Toets 1 Toets 2

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 Leerling

Figuur 2: Scores 1e en 2e diagnostische toets in procenten. Histogram 1e toets 8

7

6

Frequentie

5

4

3

2

1

0

0

10

20

30

40

50

60

70

Score [%]

Figuur 3: Histogram van de scores op de 1e diagnostische toets.

22


Willem Jan Jong

Histogram 2e toets 8

7

6

Frequentie

5

4

3

2

1

0

0

10

20

30

40 50 Score [%]

60

70

80

90

Figuur 4: Histogram van de scores op de 2e diagnostische toets.

23


Willem Jan Jong

Resultaten interviews Algemeen Het document dat ter voorbereiding op de interviews is gemaakt is opgenomen in bijlage F. De gesprekken zijn opgenomen met een taperecorder. De verbata van deze opnamen staan in bijlage G. In deze bijlage is zijn de gesprekken genummerd per keer dat of de interviewer of de leerling het woord neemt. De “O” geeft aan dat het de ondervrager betreft en “L” dat het om de leerling gaat. In de laatste kolom van de bijlage F staat genoteerd op welke categorie van Chin en Brown de betreffende passage betrekking heeft. Tevens wordt het niveau van de categorie aangegeven. De codering is als volgt: * GT = Generative Thinking * NE = Nature of Explanations * QS = Surface Approach vraag * QD = Deep Approach vraag (verwonderingsvraag) De bovenstaande afkortingen kunnen ook nog gecombineerd zijn met een getal van 1 tot 4. Dit getal geeft dan het niveau van de betreffende categorie weer.

Leerling 1 Generatief denken (het voorspellen): Het grootste aantal van de antwoorden kan gecategoriseerd worden in niveau 3. Een enkele keer wordt een antwoord op niveau 4 gegeven. Geconcludeerd kan worden dat de leerling op basis van deze categorie een surface approach hanteert. Wel is het zo dat hij heel dicht in de buurt komt van een deep approach. De leerling probeert namelijk altijd antwoord te geven, de ene keer wat uitgebreider en dieper dan de andere keer. Een typisch antwoord van niveau 3 van deze leerling: 11 O Hm, laat ik eens met een paar definitievragen beginnen. Kan jij me vertellen wat je verstaat onder een elektrische stroom? 12 L Elektrische stroom, hm, daaronder versta ik... elektriciteit en dat is dan, deeltjes 13 O Ja. 14 L ...die rondlopen. 15 O Ja. 16 L ...die van hoog naar laag gaan.

24


Willem Jan Jong

Verschillende typen verklaringen (aard van de verklaringen): De aard verklaringen van de leerling zijn vooral in niveau 2 en 3. Afgaande op deze scoring past de leerling vooral de surface approach toe. Een verklaring van niveau 3: 125 O Ze krijgen niet.... Dus als ik een stekker in het stopcontact steek en ik sluit daar mijn lampen op aan dan komt er een stroom natuurlijk, via allerlei kastjes, vanuit de centrale. Maar krijgt de centrale ook alle stroom weer terug die ze aan alle klanten leveren? 126 L Hm, ik denk het niet want de stroom die wordt ook verbruikt, die gaat verloren, bijvoorbeeld bij een lampje gaat een deel van de stroom verloren aan warmte...

Door de leerlingen gestelde vragen: De leerling stelt een vraag die past bij een oppervlakte benadering, maar deze is meer toe te wijden aan een mate van onzekerheid van de leerling. Het gaat hier om de vraag dat U gedeeld door I, Ohm is (frase 174). Ook stelt hij nog een tekstboek vraag (frase 188). Daarnaast stelt hij ook een onduidelijk geformuleerde verwonderingsvraag (frase 188). 188

L

Kan elektriciteit een bepaalde vorm van energie inzetten en vervormen laat ik zeggen....Kan je dat ook niet in iets anders winnen, bijvoorbeeld als je met elektriciteit iets kan laten zweven? Dus dat je het nuttig kan gebruiken en bijvoorbeeld, verder, ik las nog dat stroom van hm, plus naar min gaat, want vroeger was het zo afgesproken maar eigenlijk is het van min naar plus dus, maar ik vraag me af waarom ze dat nog handhaven?

Taalgebruik: De leerling heeft een heel slordig taalgebruik. Hij gebruikt soms zomaar begrippen zonder dat hij weet wat ze precies betekenen. Daarnaast haalt hij eenheden en grootheden door elkaar. Metacognitief gedrag: De leerling is in staat om zelf een fout antwoord te corrigeren aan de hand van nieuwe input van interviewer en of applet. In frase 49-58 bijvoorbeeld, corrigeert de leerling zijn antwoord, nadat is aangegeven dat hij twee tegenstrijdige oplossingen had gegeven. In de frases 156-160 verbetert de leerling zichzelf nadat een samenvatting van zijn antwoord werd gegeven. Over het algemeen zit deze leerling tussen de twee aanpakken van leren in. In de basis is het een surface approacher die uitstapjes maakt deep approach.

25


Willem Jan Jong

Leerling 2 Generatief denken (het voorspellen): De leerling geeft veelal antwoorden van niveau 3 en 4. De antwoorden zijn vrij uitgebreid en beschrijvend. Een voorbeeld hiervan volgt hieronder. 45

O

46 47 48

L O L

49 50

O L

51 52 53

O L O

Ja en nou een iets moeilijkere vraag: Als ik nou hetzelfde circuitje weer hebt en ik ga de weerstand alleen verhogen, ….. Alleen de weerstand? Ja. Dus ik heb bijvoorbeeld zo’n schuifweerstand. [leerling denkt lang na] Ehm, dan wordt de stroom kleiner naarmate de weerstand verhoogd wordt. Ja Even kijken. [tekent grafiekje] Weerstand verhoogd, wordt de weerstand kleiner. Dat ziet er goed uit, dat zijn dus geen moeilijke vragen voor jou. Nou…. Ze zijn goed dus.. Ook je manier van werken is goed zie ik, dat kan ik hier aan zien [wijs naar haar analytische aanpak met formules].

Verschillende typen verklaringen (aard van de verklaringen): De vragen lost deze leerling voornamelijk op met het toepassen van formules. Ze maakt graag gebruik van een theoretisch kader. Als deze leerling een antwoord niet (direct) weet neigt ze naar omzeilende antwoorden (het is duidelijk dat ze maskeert als ze een antwoord niet weet). Door de leerlingen gestelde vragen: De leerling stelt vragen die in verband gebracht kunnen worden met een deep approach. In frase 64 en 66 stelt de leerling vragen waaruit blijkt dat ze niet stopt met denken. Ze probeert nieuwe aannames te maken om het probleem te kunnen oplossen. 59

O

60 61

L O

62 63 64 65 66

L O L O L

Bij een dynamo gaat er maar een draadje naar je voorlamp en een draadje gaat er naar je achterlamp. Dat is toch raar??? Mijn achterlamp werkt op een batterij. Oke goed, dan gaat er maar 1 draadje naar je voorlamp. Met 1 draadje heb je nog geen circuit he? Nee Kun je misschien uitleggen hoe dat zit, want dat lampje gaat wel branden. Lopen er twee draadjes door dat ene draadje? Dat zou kunnen, maar dat is niet het geval. [lange stilte] Het zou toch echt door het lampje heen moeten.

26


Willem Jan Jong

In frase 128-130 stelt ze vragen die van toepassing zijn op het correct beantwoorden van de vraag, door een bepaalde weg in te slaan (de gestelde vraag was nog niet eenduidig). Gek genoeg gaat de leerling niet in op de mogelijkheid om een vraag te stellen over het onderwerp (frase 167). Misschien ligt hier het niet durven laten zien van de zwakke kanten aan ten grondslag. Taalgebruik: Correct en net taalgebruik. De leerling is heel voorzichtig met wat ze zegt. Ze durft geen fouten te maken. Metacognitief gedrag: Deze leerling is in staat om zelf een fout antwoord te corrigeren aan de hand van eigen redenaties die vastlopen. In zo’n geval neemt ze een andere insteek en gaat weer verder met denken. Over het algemeen is dit duidelijk een leerling met een deep approach. De antwoorden zijn veelal gebaseerd op een theoretische aanpak (gebruik formules). Daarnaast zijn de antwoorden zijn uitgebreid en correct verwoord. Ook de metacognitieve activiteiten onderstrepen de deep approach van deze leerling.

Leerling 3 Generatief denken (het voorspellen): Deze leerling geeft voornamelijk antwoorden die onder niveau 2 en 3 vallen en soms ook niveau 1 en 4. De leerling geeft een paar keer aan dat hij het antwoord niet weet en stop dan ook met denken. De antwoorden die hij geeft zijn veelal kort en bondig. Diepgang is er af en toe, maar pas nadat er is doorgevraagd. Gemiddeld genomen kan gezegd worden dat het generatief denken van deze leerling in verband gebracht kan worden met een surface approach. Een voorbeeld van een niveau 1 antwoord: 63 O Je betaalt …kWh. We hadden net stroom is …A, maar wat is dan de grootheid die hierbij hoort? 64 L Eh. [stilte] Volgens mij stroomsterkte of zo. Oh nee dat is ampère. Ik weet het niet.

27


Willem Jan Jong

Verschillende typen verklaringen (aard van de verklaringen): De antwoorden van deze leerling hebben met name een beschrijvend karakter van niveau 2 dan wel niveau 3. Een paar keer maakt hij een uitstap naar een meer theoretisch antwoord. Een van de meer theoretische verklaringen van deze leerling: 103 O Ja en waar komt dan het licht, dat is ook een energievorm en warmte ook, dan vandaan? 104 L Door de bewegingsenergie van de deeltjes. 105 O Ja ok. En wat doet nou een spanningsbron? 106 L Eh die douwt de deeltje van plus naar min gaan en dan komt er energie vrij.

Door de leerlingen gestelde vragen: De vragen die deze leerling stelt zijn allemaal feitelijke zaken die ook in het tekstboek te vinden zijn. Deze vragen sluiten aan bij een surface approach. 153

O

154 155 156

L O L

Ter afsluiting: Over het hele onderwerp, he. Wat is de eerste vraag, als je iets willekeurigs zou mogen stellen. Wat zou je dan willen vragen? Wat is echt het aller moeilijkste en waarvan je denkt: dit moet ik weten. Ik vond het eigenlijk niet zo moeilijk. De vraag is dus wat je niet weet en niet wat je al wel weet. Ik wil dit [vraag over kWh] nog wel weten.

Taalgebruik: Op zich gebruikt deze leerling juist taalgebruik, maar alle zinnen zijn wel heel kort en bondig. Het enige punt op het taalgebruik is dat hij geen verschil maakte tussen kWh en kW/h. Metacognitief gedrag: Er zijn geen punten in het interview waarin metacognitieve activiteiten van de leerling naar voren komen. Over het algemeen is dit een leerling met een surface approach.

28


Willem Jan Jong

5. Conclusies Conclusies eerste diagnostische toets De meeste leerlingen (50 %) geven aan dat stroom en spanning niet hetzelfde zijn, maar wat nou precies het verschil is weten de meeste leerlingen niet. Heel veel leerlingen (84 %) geven goed aan dat er enkel een stroom loopt in een gesloten kring. Helaas is er wel een omvangrijke misconceptie in het denken over stroom; namelijk dat stroom gedeeltelijk (46%) of geheel (21%) verbruikt wordt. Wat nu precies een spanning is en hoe je er mee om moet gaan lijkt nog een groot probleem. Geen enkele leerling had het inzicht dat in het netwerkmodel de spanning over een (ideale) geleider 0V is. Het is mogelijk dat er een redenering is opgezet in termen van “potentiaal” in plaats van “potentiaalverschil” (spanning). Leerlingen houden er voornamelijk (75 %) een spanningsbehoud principe op na, ze verwarren dan het begrip spanning met het begrip stroom. Daarnaast word veel geredeneerd volgens een spanningsverbruikprincipe. Bij netwerkjes die niet uit 1 lus bestaan, maar ook vertakkingen hebben komt het lokaal redeneren vaak naar voren. In de test groep gaf 62 % antwoorden die als verklaring het lokaal redeneren zouden kunnen hebben. De meest complexe vragen, zijn vragen waarbij componenten uit een schakeling worden veranderd. Op deze vragen wordt dan ook een grote verscheidenheid aan antwoorden gegeven. Ongeveer een kwart van de groep geeft het goede antwoord. 43 % van de foute antwoorden komen voort uit sequentiële redeneringen. De redenering dat de stroom door een kring altijd constant is en dus onafhankelijk is van de componenten in die kring neemt 25 % van de antwoorden voor zijn rekening.

Conclusies na de tweede diagnostische toets Bij de vraag over het verschil tussen spanning en stroom geeft 71 % van de leerlingen het goede antwoord. Dat is dus een verbetering van 21 %. Een relatief groot aantal leerlingen (21 %) denkt nog steeds dat spanning en stroom altijd samen voorkomen. Geen enkele leerlingen heeft meer het idee dat spanning en stroom nooit samen voor kunnen komen (elkaar uitsluiten). De verschuiving in de individuele score is voor een aantal leerlingen negatief (zij gaven eerst een juist antwoord en nu een fout antwoord), maar het grootste deel heeft beter gescoord. Gemiddeld genomen is er een kleine stijging van 35% in de individuele score.

29


Willem Jan Jong

Het merendeel van de leerlingen (50 %) geeft nu aan dat alle stroom behouden blijft. Als goede tweede (29 %) wordt het gedeeltelijke stroomverbruik als concept gehanteerd. Bij de categorie stroomverbruikideeën is enkel sprake van vooruitgang of continuering van de individuele score. De gemiddelde individuele score is dan ook significant hoger: een stijging van 1200 %. Hierbij moet wel in acht genomen worden dat bij de eerste toets bijna alle leerlingen fout geantwoord hadden. Het gedeeltelijke verbruiksidee van stroom blijft een zeer hardnekkige misconceptie. Het volledige stroomverbruikconcept is wel helemaal verdwenen onder de leerlingen. 92 % van de leerlingen hanteert het principe van stroombehoud bij de derde vraag. De verbetering is bijna optimaal, omdat antwoorden die duiden op een stroomverbruikprincipe, op een antwoord na, niet meer gegeven worden. Dit type vraag behoeft bijna geen aandacht meer. Op de vragen met betrekking tot spanningsverdeling wordt nog steeds matig gescoord. Op vraag 4a geeft 37 % het goede antwoord, op vraag 4b 38 %. Dit is wel een flinke verbetering want op de eerste toets waren hier nog geen goede antwoorden op gegeven. De redenering in termen van “potentiaal” in plaats van “potentiaalverschil” blijft nog veelvuldig voorkomen. Verder komen antwoorden voor waaruit blijkt dat leerlingen de bronspanning altijd gelijk verdelen over alle componenten (iets wat slechts correct is als de weerstand van alle componenten gelijk is). Foutieve ideeën over spanningsverdeling zijn door 43 % van de leerlingen gecorrigeerd. De verschuiving is heel groot omdat geen enkele leerling de betreffende vraag bij de eerste toets correct had beantwoord. Absoluut gezien is de gemiddelde score maar 39 % van de maximale score. Aan het begrip van dit concept valt dus nog veel te verbeteren. Het lokaal redeneren bij de testgroep is een dominante fout: 75 % geeft een antwoord wat hiermee in verband te brengen is. Bij elke splitsing wordt de inkomende stroom gelijk verdeeld over de paden. Bij deze toets is dit aantal zelfs nog groter dan bij de eerste toets: 62% gaf toen een onjuist antwoord. De vraag op de tweede toets is door 22 % van de leerlingen slechter gemaakt dan de vergelijkbare vraag op de eerste toets. Slechts 9 % had wel beter gescoord op de tweede toets. Het grootste gedeelte van de groep (57 %) had zowel bij de eerste als de tweede toets de vraag fout. 9 % van de leerlingen had zowel op de eerste als de tweede toets de vraag goed. De gemiddelde score is met 37 % afgenomen. Daarnaast is de absolute score op dit onderdeel, gemiddeld 22 % van het maximum, zeer slecht te noemen. Kennelijk was de vraag op de 2e toets moeilijker dan op de 1e toets en blijft deze vraag een grote valkuil. Aan dit punt heb ik kennelijk te weinig aandacht besteed bij de lessen. Op de vragen die gaan over veranderingen in netwerken word bij de tweede toets ook beter gescoord. Bij de eerste vraag in deze categorie die heel veel lijkt op de vraag in de eerste toets wordt door 75 % juist geredeneerd. Sequentiële redenaties zijn niet meer aanwezig. Bij twee andere vragen, die wel iets complexer waren, gaf 33 % het goede antwoord. De fouten waren wederom lokale redeneringen (42 %) of sequentiële redeneringen (25 %). De individuele scores in deze categorie lopen flink uiteen. 26 % 30


Willem Jan Jong

van de leerlingen heeft slechter gescoord op de tweede toets dan op de eerste toets. 65 % heeft zich juist verbeterd. De gemiddelde score is significant gestegen met 176 %. Ook bij deze categorie is de absolute score op de tweede toets nog steeds matig te noemen (gemiddeld 48 % van het maximum). Als laatste heb ik gekeken naar verbanden in grafieken. De helft van de leerlingen kan het juiste verband tussen U en I bij een lampje geven. 33% verwart mogelijk het verband van een lampje met het rechtevenredige verband van een ohmse weerstand. 17% kiest wel voor een parabolische vorm, maar de verkeerde. Over het algemeen hebben de meeste leerlingen (83 %) beter gescoord op de tweede toets. Helaas heeft 17 % het op de tweede toets relatief iets minder punten gescoord dan op de eerste toets. De leerlingen hebben gemiddeld ruim twee keer zoveel punten op de tweede toets dan op de eerste toets gescoord. De gemiddelde score is met 110 % gestegen en volgens de uitgevoerde t-test is deze stijging ook significant. De spreiding van de scores van de leerlingen is ongeveer gelijk gebleven, maar het gemiddelde is hoger geworden. De groep heeft dus in zijn geheel beter gepresteerd zonder dat de onderlinge verschillen wezenlijk zijn veranderd.

Conclusies interviews De eerste leerling maakt van beide benaderingen gebruik, maar neigt toch meer naar een “deep approach”. De leerling probeert zoveel mogelijk te antwoorden en stop niet direct met nadenken als hij niet direct een antwoord weet. Zijn antwoorden, al dan niet correct, zijn uitgebreid beschrijvend maar niet modelmatig. De leerling is duidelijk leergierig en stelt dan ook zowel tekstboekvragen als verwonderingsvragen. Deze leerling vertoont met enig geboden handvaten ook metacognitieve activiteit. De tweede leerling geeft over het algemeen goed beschrijvende antwoorden. Hier en daar wordt goed nagedacht en dan pas een antwoord gegeven. De leerling maakt met name gebruik van de formules, maar kan ook na sturing redenaties opzetten. Tijdens het interview stelt de leerling verwonderingsvragen. Vreemd genoeg stelt ze geen vraag op het moment dat ik daar expliciet om vraag. Het lijkt erop dat ze zoveel mogelijk wil verbergen wat ze niet weet. Bij deze leerling is ook sprake van metacognitieve activiteiten: ze ziet bijvoorbeeld in dat een van haar antwoorden niet juist kan zijn en corrigeert deze zelf. Het is duidelijk dat deze leerling een deep approach hanteert. De laatste leerling die ik geïnterviewd heb geeft af en toe antwoorden in termen van “ik weet het niet” en stopt dan met denken. Zijn antwoorden zijn gemiddeld genomen vrij kort van stof. Zo af en toe komt hij wel los en waagt zich aan een wat theoretischere aanpak. Zijn vragen zijn met name tekstboekvragen. Metacognitieve activiteit heb ik niet waargenomen. Geconcludeerd kan worden dat deze leerling voornamelijk en surface approach hanteert.

31


Willem Jan Jong

Algemene conclusies over de interviews •

Na veel doorpraten stuit je toch op nog een aantal misconcepten. Enkel met toetsen kom je vaak niet achter dit wat minder zichtbare fouten.

•

Een applet kan handig zijn om leerlingen te laten vertellen over een onderwerp en zaken te laten voorspellen en al of niet te laten corrigeren als hun antwoord niet klopt.

•

De geïnterviewde leerlingen hebben verschillende benaderingen van leren. Voor deze drie leerlingen kan ik waarnemen dat de twee leerlingen met een deep approach relatief meer vooruit zijn gegaan in score dan de leerling met de surface approach.

32


Willem Jan Jong

6. Discussie en aanbevelingen Discussie Gezien het resultaat van eerste toets kan geconcludeerd worden dat na onderwijs in voorgaande leerjaren er toch nog veel misconcepten zijn bij leerlingen. Terwijl die al lang niet meer aanwezig hadden moeten zijn. Het is dus van belang om te monitoren waar leerlingen zijn. Dit is zeker het geval als leerlingen van docent veranderen van ondernaar bovenbouw. Het zeer matige resultaat op de vraag met betrekking op lokaal redeneren was nogal onverwacht. Ondanks dat er aandacht is besteed aan dit type vraag in een na bespreking van de eerste toets, is op de tweede toets deze vraag heel slecht gemaakt. Kennelijk is er toch nog te weinig nadruk op dit soort fouten door lokaal redeneren gelegd. Het begrip spanning blijft veel aandacht nodig hebben, want op de vragen over spanning wordt matig gescoord. Dit was minder onverwacht want het uitleggen van het begrip spanning is vrij lastig. Dat leerlingen dit dan ook lastig blijven vinden is minder verrassend. De scores over de gehele toetsen zijn vrij laag met gemiddeld een score van 50%. Dit is met name te verklaren door de manier van toetsen: multiple choise vragen met vraagtekenoptie. Vragen waar en vraagteken is ingevuld worden als 0 punten gerekend. Bij het berekenen van het uiteindelijke cijfer is een goed-min-fout-score als basis genomen. Leerlingen die dus niet zeker het antwoord weten vullen dan een vraag teken in, want een fout antwoord wordt in mindering gebracht. Dit heeft als voordeel dat leerlingen enkel die antwoorden aankruisen waar ze daadwerkelijk achter staan. Op deze manier is duidelijker aan te tonen dat een bepaalde leerling een bepaalde redenering aanhoudt en niet slechts gokt voor een optie. Nog een voordeel van de gesloten vragen is dat er makkelijker twee toetsen vergelijken kunnen worden. Een nadeel van de toetsen is dat het aantal vragen beperkt is, waardoor een paar fouten snel in de totale score doorwerkt. Het is altijd mogelijk dat je onterecht denkt dat leerlingen een bepaald begrip goed begrijpen en de goede concepten hanteren, als je slechts toetst met gesloten vragen. Ze kunnen namelijk de opzet van een vraag herkennen en dan is het slechts een kwestie van antwoorden in de trend van de reeds bekende vraag (en het antwoord daarop). Met behulp van interviews met leerlingen kan je dit voorkomen, want je kan dan veel open vragen stellen en doorvragen op begrip en denkwijzen.

33


Willem Jan Jong

Aanbevelingen Als allereerste aanbeveling kan het niet onderschatten van het aanpakken van misconcepten genoemd worden. Periodiek mondeling toetsen is tijdrovend, maar is een zeer goed hulp middel om gedetailleerd inzicht te krijgen in de effectiviteit van de lessen. De resultaten kunnen soms beter of slechter zijn dan je denkt aan de hand van enkel schriftelijke toetsen. Het omgaan met de begrippen spanning en stroom en het weten wat de begrippen op zich betekenen zijn grote struikelblokken bij leerlingen. Naast deze vaak bekende valkuilen en het misconcept stroomverbruik, zijn lokale en sequentiële redeneringen zeker net zo grote problemen, maar worden mogelijk eerder over het hoofd gezien. Als mogelijk verder onderzoek is het kijken naar manieren om de bekende misconcepten aan te pakken een optie die veel bruikbare informatie zou kunnen opleveren. Hierbij kan gedacht worden aan gerichte oefeningen maar ook het gebruik van Java-applets zou veel kunnen opleveren. Verder onderzoek zou ook kunnen worden gedaan naar verschillen in prestaties afhankelijk van de “approach to learning”. Het is interessant om te weten welke aanpak het meeste effectief is in welke situatie.

34


Willem Jan Jong

7. Referenties [1] R. Driver (ed.). Children’s ideas in science. Open University Press, Milton Keynes, Philadelphia, 1985. [2] P. Licht & M. Snoek. Elektriciteit in de Onderbouw. Een inventarisatie van begrips- en redeneerproblemen bij leerlingen. In NVON maandblad 11, elfde jaargang, november 1986. [3] C. Chin & D.E. Brown. Learning in Science: A Comparison of Deep and Surface Approaches. In Journal of research in science teaching, vol. 37, No. 2, p. 109-138, 2000. [4] Applet Resistance http://www.mste.uiuc.edu/users/Murphy/Resistance/default.html [5] Kennisbasis Statistiek http://www.wynneconsult.com

35


Willem Jan Jong

Bijlage A Diagnostische toets

36


Willem Jan Jong

37


Willem Jan Jong

38


Willem Jan Jong

Bijlage B Inventarisatie diagnostische toets 1. Differentiatie tussen spanning en stroom Vraag 1 voorkomende antwoordcombinaties 1

Licht juist

Stroom juist

Spanning juist

2

Licht juist

Stroom juist

Spanning fout

3

Licht juist

Stroom juist

4

Licht juist

Stroom juist

5

Licht juist

Stroom juist

6

Licht juist

Stroom fout

7

Licht juist

Stroom fout

8

Licht juist

Stroom juist

9

Licht fout

Stroom goed/fout

mogelijke redenering Differentiatie tussen U en I, stroomkring principe Correcte antwoord Spanning en stroom komen altijd samen voor

Stroom ook zonder spanning mogelijk Als er stroom is, is er geen Spanning fout spanning (geen stroom wel spanning) Er is een spanning als er Spanning fout minimal een draad op een batterij is aangesloten Voor stroom is geen kring Spanning goed of nodig; kan door enkele fout draad. Spanning goed of Als er een batterij is, dan is fout er stroom. Spanning weet Weet niet wat spanning is niet Voor stroom is geen kring Spanning nodig (kan door enkele goed/juist draad) Spanning fout

aantal

%

12

50

2

8

2

8

1

4

2

8

2

8

2

8

1

4

0

0

39


Willem Jan Jong

2. Verbruiksideeën bij een brandend lampje Vraag 2

1

voorkomende antwoordcombinaties Volledig Gedeeltelijk Geen stroomverbruik stroomverbruik stroomverbruik Niet waar/weet Waar Niet waar niet

2

Niet waar

Waar

Niet waar

3

Niet waar

Niet waar

Waar

4

Niet waar

Waar

Waar

5

Waar

Niet waar

Waar

mogelijke redenering

De elektrische stroom wordt volledig verbruikt De elektrische stroom wordt gedeeltelijk verbruikt De elektrische energie wordt verbruikt (omgezet) Correcte antwoord Bij benadering komt alle stroom weer bij de batterij. Een niet logische redenering /gokken

aantal

%

5

21

11

46

1

4

4

17

3

13

3. Ideeën over stroombehoud Vraag 6 voorkomende antwoordcombinaties I2(A) I3(A) I4(A)


Stroombehoud Correcte antwoord ? (symmetrie/ verdelen stroom over twee weerstanden)

aantal

%

15

63

1

4

1

2

2

2

2

1

2

1

3

1,5

1

2

Stroomverbruik (elke weerstand neemt een deel op)

1

4

4

1

0,5

2


2

8

5

1

0,5

4

?

1

4

6

2

2

?

Stroombehoud, maar twijfel over stroom door de spanningsbron

1

4

7

1

0,25

2


1

4

8

1

2

2

Verdelen stroom over twee weerstanden

1

4

3,5

Variabele stroom in de kring, weerstanden en spanningsbron veranderen de stroom. (ziet stroom aan voor spanning)

1

4

9

2,6

5

40


4a.

Willem Jan Jong

Ideeën over spanningsverdeling

Vraag 10a voorkomende antwoordcombinaties


aantal

%

U12(V)

U23(V)

U34(V)

1 2

6 6

6 3

6 3

Spanningsbehoud (Ziet spanning aan voor stroom) Spanningsverbruik (lampje verbruikt spanning)

20 3

83 13

3

6

4

4

Spanningsverbruik (lampje verbruikt spanning)

1

4

4

0

6

0

Correcte antwoord

0

0


aantal

%

4b. Ideeën over spanningsverdeling Vraag 10b voorkomende antwoordcombinaties U12(V)

U23(V)

U34(V)

1

6

6

6

Spanningsbehoud (Ziet spanning aan voor stroom)

18

75

2

6

3

1,5


2

8

3

6

?

?

Spanning = = potentiaal

1

4

4

6

4

2


1

4

5

6

3

3

Verdeling van de spanning over de lampjes, maar nog wel in termen van: potentiaal = = spanning

2

8

6

0

3

3

Correcte antwoord

0

0


aantal

%

5. Lokaal redeneren Vraag 11 voorkomende antwoordcombinaties I2(A) I3(A) I1(A) 1

0,6

0,3

0,3

Lokaal redeneren

13

54

2

0,4

0,4

0,4

3 parallel, verdelen stroom Correcte antwoord

9

38

3

1

0,5

0,5

Lokaal redeneren (met rekenfout)

2

8

41


6.

Willem Jan Jong

Problemen bij veranderingen in schakelingen

Vraag 12 voorkomende antwoordcombinaties


aantal

%

16

67

3

13

R1 groter

R2 groter

1

I kleiner

I gelijk

2

I kleiner

I kleiner

3

I groter

I gelijk

Sequentiële redenering (invloed enkel achter de verandering waarneembaar)

2

8

4

I gelijk

I gelijk

Absoluut constante stroom (stroom niet afhankelijk van componenten in de schakeling)

2

8

5

Weet niet

Weet niet

-

1

4

Sequentiële redenering (invloed enkel achter de verandering waarneembaar) Lokale verandering heeft invloed op de stroom door het gehele circuit Correcte antwoord

Vraag 13 1 2

voorkomende antwoordcombinaties I constant I2 kleiner I1 groter I2 kleiner I1 constant

mogelijke redenering constant-stroom-idee lokaal of sequentieel redeneren lokaal of sequentieel redeneren groter stroomverbruik in R2 lokaal of sequentieel redeneren

aantal 4

% 17

4

17

3

13

2

8

3

13

1

4

0

0

6 1

25 4

3

I2 constant

I1 constant

4 5

I2 groter I2 constant

I1 kleiner I1 kleiner

I2 groter

I1 constant

groter stroomverbruik in R2

I2 kleiner

I1 constant

I2 kleiner I2 kleiner

I1 constant I1 kleiner

totaal van stromen is constant correcte antwoord alle stromen nemen af

6

I groter

7 8 9

I kleiner

42


Willem Jan Jong

Toets 1 - maximale score: 8 punten Leerling Ani H. Anne S. Bas ter H. Bram N. Danny B. Erhan A. Gijs W. Inger H. Ingmar Van A. Laurens W. Maaike J. Maikel S. Mathijs B. Narine H. Nick A. Nick G. Niek L. Réne N. Richard L. Robbert T. Roy L. Sanne te W. Stefan L. Susan G. Totaal gemiddelde

C1 [1] 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 12 0,50

C2 [1] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0,04

C3 [1] 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 15 0,63

C4 [2] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00

C5 [1] 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 9 0,38

C6 [2] 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 2 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 9 0,38

Totaal 2 1 1 5 2 0 1 3 2 0 0 5 3 2 1 1 3 3 1 2 2 2 2 2 46 1,92

Score [%] 25 12,5 12,5 62,5 25 0 12,5 37,5 25 0 0 62,5 37,5 25 12,5 12,5 37,5 37,5 12,5 25 25 25 25 25 575 23,96

43


Willem Jan Jong

Bijlage C Diagnostische eindtoets Eindtoets hoofdstuk 7

5vwo Na1

* 8 Meerkeuze vraagstukken over het onderwerp elektriciteit. * Goede antwoorden worden beloond met een punt, foute antwoorden is een punt aftrek. Het verschil tussen de goede en foute antwoorden bepaalt het eindcijfer. * Voor de vragen waar een vraagteken wordt ingevuld of aangekruist, wordt geen punt er bij geteld dan wel afgetrokken. Vragen waar niets wordt ingevuld of aangekruist worden fout gerekend. 1.Welk(e) van de volgende uitspraken over elektrische schakelingen is/zijn waar: waar niet waar ? A. Als er sprake is van een elektrische spanning is er ook altijd sprake van een elektrische stroom.

□

□

□

B. Als er sprake is van een elektrische stroom is er ook altijd sprake van een elektrische spanning.

□

□

□

2. Een woonhuis is via spanningsmasten aangesloten op een elektriciteitscentrale:

A. Het woonhuis verbruikt alle stroom. B. Het woonhuis verbruikt een deel van de stroom. C. Alle stroom komt terug bij de centrale.

waar

niet waar

?

□ □ □

□ □ □

□ □ □

44


Willem Jan Jong

3. De stroom I1=3A. I4 A I1 A

A

I3

A I2 Geef de waarde van: I2=….A, I3=.…A en I4=….A. (Vul een ? in als je het antwoord niet weet). 4. Bekijk de volgende twee schakelingen. De weerstanden zijn allemaal hetzelfde. 1

2 U=12 V

3

2 U=12 V

I A

5

1

4

3

II A

5

4

Geef voor schakeling I de spanning over de punten: 1 en 2: ….V. 2 en 3:….V. 4 en 5:…V (? Als je het antwoord niet weet) Geef voor schakeling II de spanning over de punten: 1 en 2: ….V. 2 en 4:….V. 4 en 5:…V (? Als je het antwoord niet weet) De stroom in schakeling I is ten opzichte van schakeling II: Groter □

Kleiner □

Gelijk □

?□

5. Bekijk de volgende schakeling. Alle weerstanden zijn gelijk. I1

Vul de stroomsterkten in. I2 I3

I1=….A I2=….A I3=….A

I=12A

I4

I4=….A

45


Willem Jan Jong

6. Kijk naar de onderstaande grafieken. U

I

I

A

C

B

U

I

U

Welke grafiek laat het verband zien tussen de spanning en stroom als je een lampje aansluit op een spanningsbron waar van je geleidelijk de spanningswaarde verhoogt? A□

B□

C□

?□

7. Bekijk de volgende schakeling. R1=15 Ω

I2

U=8 V

I1 R2=26 Ω

I A. Vul in: De spanning over R1= is ….V en de spanning over R2 is….V. (Vul een ? in als je het antwoord niet weet) Stel dat R2 wordt vervangen door een weerstand van 50Ω. (Kruis het goede antwoord aan). B De stroom I wordt groter. De stroom I wordt kleiner. De stroom I blijft gelijk.

? C De stroom I1 wordt groter. De stroom I1 wordt kleiner. De stroom I1 blijft gelijk.

? D De stroom I2 wordt groter. De stroom I2 wordt kleiner. De stroom I2 blijft gelijk.

?

□ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ 46


Willem Jan Jong

8. Bekijk de volgende schakeling: A

R1=15 Ω

R1=15 Ω R2=26 Ω

B

R2=26 Ω

C

U=8 V A

A. Geef de spanning over de punten B en C: VBC=….V. (Vul een ? in als je het antwoord niet weet). B. Geef de vervangingsweerstand tussen de punten A en C: Rv=….Ω. (Vul een ? in als je het antwoord niet weet). Op het punt B wordt een lampje geplaatst en deze gaat branden. A

R1=15 Ω

R3=15 Ω R2=26 Ω

R4=26 Ω

C

U=8 V A

C. Als je nu R1 verwijdert uit de schakeling dan: Brand het lampje feller. Brand het lampje minder fel. Blijft het lampje met dezelfde intensiteit branden.

?

□ □ □ □

D. Als je nu R1 weer terugplaatst en R4 verwijdert uit de schakeling dan: Brand het lampje feller. Brand het lampje minder fel. Blijft het lampje met dezelfde intensiteit branden.

?

□ □ □ □

47


Willem Jan Jong

Bijlage D Inventarisatie diagnostische eindtoets 1. Differentiatie tussen spanning en stroom (24 leerlingen) Vraag 1 Voorkomende antwoordcombinaties Sprake van U Sprake van I dan dan ook I ook sprake van U

Mogelijke redenering

Aantal

%

1

Waar

Waar

Spanning en stroom komen altijd samen voor

5

21

2

Waar

Niet waar

Stroom ook zonder spanning mogelijk

0

0

3

Niet waar

Niet waar

Als er stroom is, is er geen spanning (geen stroom wel spanning)

0

0

4

Niet waar

Waar

Differentiatie tussen U en I, stroomkring principe Correcte antwoord

17

71

5

?

?

Geen zekere differentiatie, weet het niet.

2

8

Aantal

%

0

0

2. Stroomverbruiksideeën bij een woonhuis dat is aangesloten op een centrale Vraag 2 Voorkomende antwoordcombinaties Volledig Gedeeltelijk Geen stroomverbruik stroomverbruik stroomverbruik 1

Waar

Niet waar

Niet waar

2

Niet waar

Waar

Niet waar

3

Niet waar

Niet waar

Waar

4

Niet waar

Waar

Waar

5

Niet waar

Niet waar

Waar

6

Niet waar

?

Waar


De elektrische stroom wordt volledig verbruikt De elektrische stroom wordt gedeeltelijk verbruikt De elektrische energie wordt verbruikt (omgezet) Correcte antwoord Bij benadering komt alle stroom weer bij de centrale Een niet logische redenering /gokken

1

4

12

50

7

29

3

13

Er komt een zekere stroom terug bij de centrale

1

4

48


Willem Jan Jong

4. Ideeën over stroombehoud Vraag 3 Voorkomende antwoordcombinaties I2(A) I3(A) I4(A)


Aantal

%

1

3

3

3

Stroombehoud Correcte antwoord

22

92

2

2

1

3

Stroomverbruik (elk lampje neemt een deel op)

0

0

3

3

3

?

Stroombehoud, maar twijfel over stroom door de spanningsbron

1

4

4

3

3

1,5

Stroomverbruik tussen de spanningsbronnen

1

4


Aantal

%

4a.

Ideeën over spanningsverdeling

Vraag 4a Voorkomende antwoordcombinaties U12(V)

U23(V)

U45(V)

1

12

6

0

Spanningsverbruik (weerstand verbruikt spanning)

2

8

2

12

6

6

Spanning == Potentiaal

3

13

3

12

6

12

Spanningsbehoud? (ziet spanning aan voor stroom)

4

17

4

0

6

0

Correcte antwoord

9

37

5

0

6

6

?

1

4

6

4

4

12

?

1

4

7

4

4

4

Spanning verdeelt zich gelijk over de 3 componenten

3

13

8

?

4

4

?

1

4

49


Willem Jan Jong

4b. Ideeën over spanningsverdeling Vraag 4b Voorkomende antwoordcombinaties


Aantal

%

Correcte antwoord

9

38

1

4

2

8

8

34

2

8

U12(V)

U23(V)

U45(V)

1

0

8

4

2

3

3

3

3

3

6

3

4

12

8

4

5

4

4

4

6

0

4

0

?

1

4

7

12

6

3

Spanningsverbruik (weerstand halveert spanning)

1

4


Aantal

%

Correcte antwoord

14

58

3

13

7

29

0

0

Spanning verdeelt zich gelijk over de 4 componenten Spanning verdeelt zich gelijk over de 4 componenten Verdeling van de spanning over de weerstanden, maar wel in termen van: potentiaal = = spanning Spanning verdeelt zich gelijk over de 3 weerstanden

Vraag 4c Voorkomende antwoordcombinaties Stroom I t.o.v. stroom II 1

Groter

2

Kleiner

3

Gelijk

4

?

Verwarring met parallel schakeling Niet goed gelezen Hoofdstroom is altijd constant, een spanningsbron == stroombron ?

5. Lokaal redeneren Vraag 5 Voorkomende antwoordcombinaties


Aantal

%

I1(A)

I2(A)

I3(A)

I4(A)

1

6

2

2

2

Lokaal redeneren

18

75

2

3

3

3

3

3 parallel, verdelen stroom Correcte antwoord

5

21

3

6

3

3

3

Lokaal redeneren (met rekenfout)

1

4

50


6.

Willem Jan Jong

Problemen bij veranderingen in schakelingen

Vraag 7b,c en d 1

Voorkomende antwoordcombinaties I constant I2 kleiner I1 groter

2

I2 kleiner

I1 constant

3

I2 constant

I1 constant

4

I2 groter

I1 kleiner

5

I2 constant

I1 kleiner

I2 groter

I1 constant

I2 kleiner

I1 constant

I2 kleiner

9 10

6

I groter

7 8

I kleiner

11

Mogelijke redenering constant-stroom-idee lokaal of sequentieel redeneren lokaal of sequentieel redeneren groter stroomverbruik in R2 lokaal of sequentieel redeneren

Aantal 1

% 4

0

0

0

0

0

0

0

0

groter stroomverbruik in R2

0

0

0

0

I1 constant

totaal van stromen is constant correcte antwoord

18

75

I2 kleiner

I1 kleiner

alle stromen nemen af

1

4

I2 kleiner

I1 groter

?

3

13

I1 ?

Onzeker wat er bij constante weerstand R2 gebeurd, verder goede redenering

1

4

mogelijke redenering Weerstand weghalen => totale weerstand word kleiner (lokale redenering)

Aantal

%

10

42

I2 kleiner

Vraag 8c Voorkomende antwoordcombinaties 1

Lampje brand feller

2

Lampje brand minder fel

Correcte antwoord

8

33

3

Lampje brand met dezelfde intensiteit

Lokale redenering

6

25

4

?

?

0

0

mogelijke redenering Weerstand weghalen => totale weerstand word kleiner (lokale redenering)

Aantal

%

10

42

Vraag 8d Voorkomende antwoordcombinaties 1

Lampje brand feller

2

Lampje brand minder fel

Correcte antwoord

8

33

3

Lampje brand met dezelfde intensiteit

Sequentieel redeneren

6

25

4

?

?

0

0

51


7.

Willem Jan Jong

Verbanden in grafieken

Vraag 6 Voorkomende antwoordcombinaties Verband tussen U en I bij een lampje


Aantal

%

1

Parabool, R steeds kleiner

Niet goed naar de assen gekeken R=I/U ipv R=U/I

4

17

2

Parabool, R steeds groter

Correcte antwoord

12

50

3

Rechtevenredig

Verwarring met ohmse weerstaand

8

33

4

?

?

0

0

Toets 2 - maximale score: 9 punten Leerling Ani H. Anne S. Bas ter H. Bram N. Danny B. Erhan A. Gijs W. Inger H. Ingmar Van A. Laurens W. Maaike J. Maikel S. Mathijs B. Narine H. Nick A. Nick G. Niek L. Réne N. Richard L. Robbert T. Roy L. Ruter W. Stefan L. Susan G. Totaal gemiddelde

C1 [1] 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 17 0,71

C2 [1] 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 12 0,50

C3 [1] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 23 0,96

C4 [2] 0 2 0 2 0 0 2 0 2 0 0 2 0 0 2 0 2 1 2 0 1 0 0 0 18 0,75

C5 [1] 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0,21

C6 [3] 3 3 3 2 1 0 2 1 1 0 3 1 0 3 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 34 1,42

Totaal 5 8 6 6 4 4 7 3 4 2 6 6 3 7 5 4 5 4 4 2 5 3 2 4 109 4,54

Score [%] 55,56 88,89 66,67 66,67 44,44 44,44 77,78 33,33 44,44 22,22 66,67 66,67 33,33 77,78 55,56 44,44 55,56 44,44 44,44 22,22 55,56 33,33 22,22 44,44 1211,11 50,46

52


Willem Jan Jong

Bijlage E Statische analyse Paired Samples Statistics Mean

Pair 1

Pair 2

Pair 3

Pair 4

Pair 5

Pair 6

Pair 7

N

Std. Deviation Std. Error Mean

VAR00001

,5217 23

,5108

,1065

VAR00009

,6957 23

,4705

9,810E-02

VAR00002 4,348E-02 23

,2085

4,348E-02

VAR00010

,5217 23

,5108

,1065

VAR00003

,6522 23

,4870

,1015

VAR00011

,9565 23

,2085

4,348E-02

VAR00004

,0000 23

,0000

,0000

VAR00012

,3913 23

,4757

9,919E-02

VAR00005

,3478 23

,4870

,1015

VAR00013

,2174 23

,4217

8,794E-02

VAR00006

,1739 23

,3236

6,748E-02

VAR00014

,4770 23

,3318

6,917E-02

VAR00007

,2391 23

,1682

3,507E-02

VAR00015

,5121 23

,1827

3,810E-02

VAR00001 tot VAR00006 = Score som 1 tot som 6 op de eerste toets. VAR00007 = Genormaliseerde totaal score op de eerste toets. VAR00009 tot VAR00014 = Score som 1 tot som 6 op de tweede toets. VAR000015 = Genormaliseerde totaal score op de tweede toets.

53


Willem Jan Jong

Paired Samples Correlations N

Correlation Sig.

Pair 1 VAR00001 & VAR00009 23

-,444 ,034

Pair 2 VAR00002 & VAR00010 23

,204 ,350

Pair 3 VAR00003 & VAR00011 23

,292 ,176

Pair 4 VAR00004 & VAR00012 23

,

,

Pair 5 VAR00005 & VAR00013 23

,279 ,197

Pair 6 VAR00006 & VAR00014 23

-,175 ,425

Pair 7 VAR00007 & VAR00015 23

,046 ,836

Paired Samples Test Paired Differences

Mean

Std. Deviation

Std. Error Mean

95% Confidence Interval of the Difference Lower

t

df

Sig. (2-tailed)

Upper

Pair VAR00001 ,1739 1 VAR00009

,8341

,1739

-,5346

,1868

22 1,000

,328

Pair VAR00002 ,4783 2 VAR00010

,5108

,1065

-,6991

-,2574

22 4,491

,000

Pair VAR00003 ,3043 3 VAR00011

,4705

9,810E02

-,5078

-,1009

22 3,102

,005

Pair VAR00004 ,3913 4 VAR00012

,4757

9,919E02

-,5970

-,1856

22 3,945

,001

Pair VAR00005 ,1304 5 VAR00013

,5481

,1143

-,1066

,3674 1,141 22

,266

Pair VAR00006 ,3030 6 VAR00014

,5023

,1047

-,5203

-8,5822E22 02 2,893

,008

Pair VAR00007 ,2729 7 VAR00015

,2426

5,059E02

-,3779

22 5,395

,000

-,1680

54


Willem Jan Jong

Bijlage F Setup interviews met leerlingen In gedachten houden: - Niet proberen iets te leren, alleen te achterhalen wat leerling weet - Hardop-denk-bevorder-vragen:

o o o o o

“waarom denk je dat” “hoe kom je bij ...” “wat bedoel je precies met ...” “geef eens een voorbeeld van ...” “teken dat eens”

Items op tafel: - voicerecorder - potlood, papier tbv eventuele tekeningen - leerboek - (misschien het applet erbij: computer) * Klein intro waarom interview en wat we gaan doen * Vragen hoe ver leerling is met de stof [informeren naar voorkennis] * Vraag naar studiemanieren/ studiehouding: Laat leerlingen beschrijven wat deze doet als huiswerk voor het vak, hoe ze met het vak bezig zijn. * Inhoudsvragen (gericht op de bekende misconcepten): * Differentiatie spanning en stroom * (gedeeltelijke) stroomverbruikidee of stroombehoud * Spanningsbehoud of spanningsverdeling * Lokaal redeneren * Problemen bij veranderingen in schakelingen: - spanningsbron wordt gezien als constante stroombron - sequentieel redeneren Laat leerling eerst voorspellen/antwoorden. Vraag dan direct door hoe ze bij dit antwoord komen => kijken welk concept/model ze er op na houden. Laat in geval van een fout antwoord/voorspelling de applet zien. Vraag leerling naar de verschillen met zijn/haar antwoord. Laat leerling zelf reflecteren.

* Leerlingen zelf een/twee vraag(en) laten stellen over de stof wat direct in hen opkomt (je kunt dan goed merken op welk niveau ze denken). Hier hoef je niet een antwoord op te geven in het interview

55


Willem Jan Jong

Vragen die ik kan stellen: * Operationele definitie vragen - Wat betekent elektrisch geladen? - Wat versta jij onder een elektrische stroom? - Wat versta jij onder een elektrische spanning? - Wat versta jij onder een elektrisch vermogen?

* Generieke vragen (leerlingen moeten iets bedenken/voorspellen): - Waarmee zou je een elektrische spanning kunnen vergelijken? - Wat is de invloed van het vergroten van de bron spanning op een gesloten netwerkje met 1 weerstand? - Wat kan je doen om de stroom door een gesloten circuit te veranderen? - Als je een weerstand serieel/parallel toevoegt wat gebeurt er met de spanning & stroom? - Hoe zit het met het enkele draadje naar je fietslamp? - Wat verkoopt nu eigenlijk het elektriciteitsbedrijf? - Het elektriciteitsbedrijf geeft op de rekening aan dat je per kWh moet betalen. Wat is dat precies kWh (hoe komt men aan de uitdrukking kilowattuur)?

* Vragen naar (mis)concepten - Wordt er stroom verbruikt in een schakeling met enkel een lampje dat gaat branden? - In schakeling met lampje en 2 weerstanden (voor en na het lampje)-> vraag naar invloed veranderen waardes van de weerstanden op het brandende lampje. - Als je de bron schakeling van een schakeling niet mag veranderen in de hoofdstroom dan altijd constant? - Wat is de spanning over een draadstuk? - Wat is de spanning over een open verbinding?

* Vragen naar verbanden - Wat is het verband tussen de spanning en de stroom bij een ideale geleider bij constante temperatuur (en die bij een lampje)? - Wat is het verband tussen het elektrische vermogen en een elektrische spanning. - Wat is het verband tussen het elektrische vermogen en een elektrische stroom. * Reflectie vragen Bij een fout antwoord, het goede antwoord vertellen (of met de simulatie laten zien) en vragen: waarom is jou antwoord fout? (of waarom is het goede antwoord, het goede antwoord?) * Leerlingen zelf een/twee vraag(en) laten stellen over de stof wat direct in hen opkomt

56


Willem Jan Jong

Bijlage G Verbatim interviews Leerling 1: Erhan 1 O Hm, laten we beginnen, die was van jou. Als eerst, wat heb je al gedaan aan het onderwerp? 2 L De elektriciteitspulsie. 3 O Heb je al gelezen, of hm? 4 L Ja ja ja, ik heb het wel gelezen en ik heb het doorgenomen, de laatste pagina’s van het boek. 5 O Ja.. 6 L Ik vond het wel iets moeilijk. 7 O Je vond het wel een moeilijk onderwerp? Ja dat is het ook... 8 L Nou, elektriciteit zelf niet maar paragraaf 7.9 vond ik moeilijk. 9 O Oké, maar verder is het wel makkelijk hè? 10 L Ja, verder vind ik het eigenlijk wel makkelijk. Ik denk heel veel mensen. 11 O Hm, laat ik eens met een paar definitievragen beginnen. Kan jij me vertellen wat je verstaat onder een elektrische stroom? 12 L Elektrische stroom, hm, daaronder versta ik... elektriciteit en dat is dan, GT3 deeltjes NE4 13 O Ja. 14 L ...die rondlopen. 15 O Ja. 16 L ...die van hoog naar laag gaan. 17 O Ja en wat is hoog? Wat is hoog? 18 L Hoog is dan hm spanning, denk ik. 19 O Spanning is hoog. 20 L Hm, elektrische stroom is dan stroom hè? Dat ze rondbewegen. 21 O Ja. 22 L Van een hoog potentiaalverschil naar een laag potentiaalverschil. 23 O Even kijken hoor, dat klinkt heel aardig, hm, kun je dat nu even aanwijzen, op deze applet? [gebruikt nu Java applet] 24 L Even kijken hoor. 25 O Waar is dan een hoog of een laag potentiaal? 26 L Ik denk toch dat het hier wordt, hier komen de meeste elektronenwissel voor en dan hier dan weer iets weinig. 27 O Ja, oké. 28 L Kijk, hier neemt het ook heel veel toe. 29 O Ja, daar is het hm, hm, (leerling stelt vraag en ik denk even na of ik hierop zal antwoorden en besluit dat niet te doen) 30 O Hm, dan gaan we even verder over de spanning, wat versta je onder een spanning? NE1 31 L Hm, spanning, hm, 32 O Elektrische spanning

57


33

L

34 35 36 37 38 39

O L O L O L

40

O

41 42 43 44 45

L O L O L

46 47 48

O L O

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

L O L O L O L O L L

59 60 61 62

O L O L

63 64 65

O L O

Willem Jan Jong

Ja, bij spanning is er eigenlijk weinig bekend, het is nog vrij onbekend, maar het heeft hm te maken met een paar dingen, spanning is I gedeeld door R weet ik dan meteen, dus U is min of meer constant. Min of meer constant..., en waarom is het dan constant? Want, hm, als je een paar berekeningen uitvoert,... Ja. dan zie je dat hm, dat je steeds hetzelfde getal krijgt. Ja en waarom krijg je dan hetzelfde getal, wanneer is dat? Omdat het recht evenredig is. Als je hem uitzet in een grafiek dan krijg je een rechte lijn. En er is niet iets wat dan gelijk moet blijven? Als ik nou bijvoorbeeld dingen er aan verander, is het dan ook nog gelijk? Nee Nee? Bijvoorbeeld als je weerstand opvoert ofzo, dan zal het niet hetzelfde zijn. Ja en hoe veranderd die dan als je de weerstand opvoert? Als je de weerstand opvoert dan zal er meer hm, minder stroom doorheen gaan Ja. en daardoor hm, even kijken, zal stroomsterkte toenemen. Je, zegt nou twee tegenstrijdige dingen, laten we dat eens gaan proberen, hier [ik wijs op de applet]. Ik heb hier een applet, met een schuifmaat voor de weerstand. Die gaan we verhogen, en jij zei als je hem verhoogt dan nam de...[stilte]. Je zei twee dingen, de stroom neemt toe en de stroom neemt af maar het gaat over 1 ding natuurlijk, wat zal het worden? Als de weerstand omhoog gaat... Ja dan zal het afnemen. Dan gaan we dat doen. Dan bewegen ze hm, langzaam En welke? Deze [leerling wijst op beeldscherm] Hoe kan je dan nou zien, hier? Hm, dan trekt het meer elektronen rechtsom. Ja, je ziet, kijk, hier heb je net zoveel als daar [leerling wijst op beeldscherm] Ja Dus, hm, ik denk dat het verschil min of meer hetzelfde blijft. Dus, dan blijft de stroom constant? Ja ...., ja. En kijk hier heb je dan een opkropping [leerling wijst op beeldscherm] ... Ja. en daardoor, even kijken hoor, .... Wat was jou definitie van stroom? Kun je dan nog een keer herhalen?

58

GT2

NE3 GT2

GT1 GT3 GT3

MC


66

L

67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85

O L O L O L O L O L O L O L O L O L O

86 87

L O

88 89

L O

90 91 92 93

L O L O

94 95 96 97 98 99 100 101 102

L O L O L O L O L

Willem Jan Jong

Stroom hm, energie, hm even kijken, elektronen die van plus naar min lopen. Ja en hoe doen ze dat in dit geval? Hm, dat is afhankelijk van het potentiaalverschil. Ja, kijk eens hoe ze bewegen [ik wijs op beeldscherm]. Hm, ze bewegen langzaam. En hoe weer terug? Dan bewegen ze snel Dus wat zou nou de relatie zijn met stroom? Hm, de bewegingssnelheid ...., Ja. dus elektronensnelheid. Ja. Dus als je meer, als je een hogere weerstand hebt ... Ja. dan neemt de snelheid van de elektronen af. Ja. En wanneer er een lagere weerstand is dan neemt het toe. Ja. Je moet het min of meer zien als een hindernis. Ja, dat lijkt me een correct idee. Oké, je was eerst nog een beetje in het gewisse van nou laat ik het hoge weg maar nu heb je dus zelf je antwoord door middel van dit dingetje [ik doel op de applet] kunnen achterhalen. Ja. Oké. Gaan we verder, even kijken. [Ik zoek in mijn lijst naar een geschikte vraag] hm, ja als je, ik neem aan dat jij nog niet de rekening hoeft te betalen... Oké Maar als je nou de rekening aan Essent moet betalen volgend jaar, het energiebedrijf, dan staat er meestal op de rekening dat je moet betalen per kWh. Kun je me uitleggen wat dat betekend kWh? Wat dat is? kWh, het vermogen, hoeveel je verbruikt. Ja Enne hm, dat is… Dus kWh, dat is de eenheid van het vermogen? Of is dat het vermogen? Of, ... ? Dat is het vermogen. kWh is het vermogen. Ja en het is zoiets als kubieke meter want... Ja. je moet ook betalen voor aantal kubieke meter of hm dat weet ik zo niet. Ja oké, dat is voor gas, ja. Zoiets is het dan hè? Ja. Het is gewoon vermogen. 59

GT3 NE3 GT3 NE3

GT3

GT3

QS


103 104 105

O L O

106

L

107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118

O L O L O L O L O L O L

119 120 121

O L O

122 123 124 125

L O L O

126

L

127 128 129

O L O

130 131

L O

Willem Jan Jong

Dus je betaalt voor het vermogen? Als ik het goed heb. Even denken hoor. Kun je me nog…, daar haak ik even op in, weet je ook wat vermogen betekend, elektrisch vermogen? Vermogen is eigenlijk, ja laat ik zo zeggen, voor je hebt hm een gewichtheffer die meer kan heffen dan een ander gewichtheffer. Ja. En wat die kan, soort capaciteits, laat ik zo zeggen, wat die kan. Ja. Hm, is dat ook nog gerelateerd aan de tijd of is dat het alleen? Nee, dat is afhankelijk van, van de spanningsbron, laat ik zo zeggen. Dus enkel afhankelijk van de spanning zeg jij? Ja. Weet je toevallig het formuletje van het vermogen? Schrijf die eens op. Is het geen stroom? Het vermogen dat is de hoofdletter P, misschien helpt dat. Pe= Ee * I [leerling schrijft dit ook op papier] Hm, dus jij zegt, het vermogen is de energie maal de stroom. En het vermogen die had ook iets met arbeid te maken, want bij arbeid gebruikte ze joule maar hierbij gebruiken ze gewoon ..... vermogen. Ja. kWh dat weet ik nog. Ja, hm, er kloppen een aantal dingen niet helemaal maar dat geeft op zich niet. Hm, even kijken wat ik ermee doe; ik laat het daar gewoon bij. Het gaat om jou idee dus.... Maar goed, het is niet helemaal correct maar dan kun je straks in het boek misschien eventjes kijken. Hm, laten we nog weer even teruggaan naar stroom. Als je dus een stroom hebt ennuh, het elektriciteitsbedrijf die levert die energie hè, noemen ze dat ook. Ja. Krijgen ze dan al hun stroom weer terug? Ja, niet alles. Ze krijgen niet.... Dus als ik een stekker in het stopcontact steek en ik sluit daar mijn lampen op aan dan komt er een stroom natuurlijk, via allerlei kastjes, vanuit de centrale. Maar krijgt de centrale ook alle stroom weer terug die ze aan alle klanten leveren? Hm, ik denk het niet want de stroom die wordt ook verbruikt, die gaat verloren, bijvoorbeeld bij een lampje gaat een deel van de stroom verloren aan warmte... Oké. dus dat krijg je niet helemaal terug. Dat krijg je dus niet allemaal terug. Oké, weet jij toevallig ook bij een ideale geleider dus bijvoorbeeld een hele goede weerstand, het verband tussen de spanning en de stroom? Pfff, dat had ik laatst nog gelezen. Dus hm, als het goed is kun je ook terugdenken aan het practicum. 60

GT4

NE2

GT4 NE3


132

L

133 134 135

O L O

136 137 138 139 140 141 142 143 144 145

L O L O L O L O L O

146 147 148

L O L

149 150 151 152

O L O L

153

O

154 155

L O

156 157 158 159

L O L O

160

L

161

O

162 163 164

L O L

Willem Jan Jong

Ja, hm. De ideale geleider dat was hm, een geleider waarvan weerstand zo klein mogelijk is.... Ja. en ja, ik ben het eigenlijk vergeten. Als ik dat weerstandje nou zou veranderen in een lampje weet je het dan misschien wel? Weet je nog hoe die grafiek eruit zag? Ja. Kan je die tekenen? Ja. Teken dat maar. Ik maak twee grafieken [leerling tekent de grafieken op papier]. Ja. Eentje was zo.... Ja. en die andere die was zo. Oké, de verbanden zien er goed uit. Zou je ook voor mij bij de assen neer kunnen zetten welke grootheden het hierom gaat? Even kijken, .... Welke is überhaupt het lampje en welke is de weerstand? Hm, [lange stilte] dat is weerstand en dat is het lampje want voor hoge weerstand.... Zet het er maar even bij [ik wijs naar de grafiek]. Ja. Lampje en weerstand [leerling vult assen v.d. grafiek in op papier]. Oké. Want hoe hoger de weerstand hoe minder snel het gaat bewegen want daar... Dus dat is, de snelheid van bewegen hebben we net gezien bij stroom, nou zet dat eens bij een as neer dan. [leerling vult de as in] Ooh, je hebt I versus R, oké. Dus, hm, als ik dit plaatje interpreteer dan is er bij een grotere stroom een grotere weerstand. Nee. Daar klopt iets niet. Nee, het klopt niet. Kun je hem verbeteren? Doe maar even met potlood dan kan ik het verbeteren. [leerling past de grafiek aan] Even kijken. Andersom, kijken of die zo klopt. Ja, hij klopt want als weerstand toeneemt gaat er minder stroom, die gaat minder snel. Ja, maar nu gaat de stroom omhoog hè, kijk maar [ik wijs naar de grafieken]. Hier is die zeg maar 1 en hier is die al weer hoger. De lijn gaat toch omhoog? Ja, maar hier heb je ook minder weerstand [leerling wijst naar de grafiek]. Ja. Dus, gaat die eerst heel snel en hier heb je hem al verhoogd. 61

GT1

NE2

NE2

MC

GT3


165 166 167 168 169 170 171 172 173

O L O L O L O L O

174

L

175

O

176 177 178

L O L

179 180 181

O L O

182 183 184 185

L O L O

186 187

L O

188

L

189

O

190

L

Willem Jan Jong

Oké, hm, kun je hier ook nog de grootheden erbij zetten? [leerling vult de andere as in] Dat is de spanning, ja, en je zei het was recht evenredig hè? Ja. En wat is de evenredigheidsconstante of wat is de helling in dit geval? Helling? …..die is constant. GT3 Ja, zet er maar bij. [Leerling vult grafiek aan] Even kijken, constant. Stelt dat ook nog iets voor, behalve alleen een constante? Is dat ook nog een grootheid, of is dat gewoon alleen een getalletje, of... ? [Leerling is lang aan het denken] U gedeeld door I is R, is dat Ohm? GT4 QS Zet er maar bij wat jij denkt. Dus U gedeeld door I, dat herken jij, en dan zeg jij dat is Ohm. [lange stilte] En waarom is dat Ohm dan? Dit is de formule en..., die [leerling wijst op papier naar grootheden] deel je door elkaar en dan krijg je weerstand. Maar die blijft dus hetzelfde zeg maar. En Ohm is een eenheid hè? Ja. Dus, je deelt dan twee grootheden op elkaar en dan komt er in ene een eenheid uit. Wat raar. [Leerling lang stil] Je krijgt gewoon weerstand. GT3 Gewoon weerstand. Ja. Oh, gewoon weerstand [ik probeer de leerling nog meer te laten antwoorden, maar aangezien dit niet lukt, ga ik verder met ander onderwerp] Het is gewoon weerstand en verder niets. Zet dat er maar bij dan [bij grafiek]. Dan rest mij nog een vraagje: Als je over dit onderwerp een vraag zou mogen stellen, wat zou je dan voor vraag stellen? Kan elektriciteit een bepaalde vorm van energie inzetten en vervormen QD laat ik zeggen....Kan je dat ook niet in iets anders winnen, bijvoorbeeld als je met elektriciteit iets kan laten zweven? Dus dat je het nuttig kan gebruiken en bijvoorbeeld, verder, ik las nog dat stroom van hm, plus naar QS min gaat, want vroeger was het zo afgesproken maar eigenlijk is het van min naar plus dus, maar ik vraag me af waarom ze dat nog handhaven? Oh, dat oude systeem. Dat is vooral omdat een aantal formules die afgeleid zijn nog met het oude systeem werken, dat ze niet terugdraaien. Maar is het niet beter om terug te draaien en nieuwe formules te bedenken?

62


191

O

Willem Jan Jong

Kan wel, maar dan moeten heel veel mensen omschakelen en daarom hebben ze het zo gelaten. Oké, nou hartelijk bedankt, ik zal je naam op papier zetten.

63


Willem Jan Jong

Leerling 2: Anne 1 O Laten we beginnen, wat heb je allemaal al gedaan aan dit onderwerp? 2 L Hm, aantekeningen overgenomen van het bord. 3 O Aantekeningen overgenomen van het bord. Heb je ook nog iets gelezen uit het boek? 4 L Ik heb het hele boek gelezen voor het proefwerk. 5 O Het hele boek gelezen. 6 L Nou ja, het hele hoofdstuk dan. 7 O Het hele hoofdstuk, oké. 8 L En de vragen gemaakt. 9 O Ja. Alle vragen of gewoon een vierde, de helft of alles? 10 L Hm, nou van de planner vooral de laatste vragen van elke paragraaf zijn vaak de belangrijkste, dus… 11 O Oké, dus je bent in elk geval iemand die wel eventjes de highlights eruit pakt. Ja, jij bent heel goed economisch bezig, ik hoor het. 12 O Oké, hm, dan gaan we even verder met het onderwerp. We hebben het in de les al behandeld natuurlijk en ik weet niet wat je er nog van weet, maar wat versta jij zelf onder een spanning, een elektrische spanning? 13 L Hm, een potentiaalverschil. GT3 NE2 14 O Ja, en dat houdt in? 15 L Het verschil tussen twee punten in Volt. GT3 16 O Ja, verder nog iets? 17 L Nee. 18 O Wat stel je er bij voor? Dit zijn woorden hè? Kun je, je er iets bij voorstellen? 19 L Spanning? 20 O Ja, kun je het ergens mee vergelijken? 21 L Ja, water dat van hoog naar laag stroomt. Hoe hoger het verschil hoe GT3 harder het stroomt. NE2 22 O Ja, dat is ook een mooie analogie, ja en verder nog? 23 L Ja, nou als het smal is dan hm, in een rivier bijvoorbeeld als die smal is, GT2 dan heb je een weerstand, zo deden we dat altijd. 24 O Oké, dat is hm,…Oké, dan heb ik jou operationele definitie bepaald. Dat betekent een definitie van hoe jij het voor je ziet zeg maar, dat is operationeel. 25 L Ja, zo hebben we dat altijd geleerd bij …. 26 O Ja, oké. Hm, even kijken, als ik nou zo’n netwerkje heb hè, met een spanningsbron zoals die daar op tafel staat en ik zou een weerstandje hebben. Ik zou gaan meten, bij verschillende spanningen, wat de stroom door het weerstandje is, zou je dat verband voor mij kunnen schetsen in een grafiekje? Gewoon hoe de lijn eruit ziet, probeer eens [ik geef leerling papier om grafiek te tekenen]. 27 L Hoe de lijn eruit ziet. Hm,…

64


28

O

29 30

L O

31 32 33 34

L L O L

35

O

36

L

37 38 39

O L O

40

L

41

O

42 43 44 45

L O L O

46 47 48

L O L

49 50

O L

51 52 53

O L O

54 55

L O

56 57

L O

Willem Jan Jong

Dus ik ga het niet veranderen, behalve de spanning, dus het weerstandje blijft steeds hetzelfde… Hm… en ik ga gewoon draaien aan de knop van de spanningsbron, die draai ik steeds hoger en dan wil ik graag weten wat er met de stroom gebeurd. Ja, hm, wacht even [leerling is lang stil]. Dus je maakt de spanning steeds groter? NE1 Ja. Dan wordt de stroom steeds groter, die stijgt. GT3 NE2 Ja, kun je dat mooi in het grafiekje zetten met op de assen de twee grootheden? Dus, als je iets varieert, op welke as zet je dat normaal gesproken? Op deze, de linker [leerling wijst de as aan]. Dus deze blijft gelijk dus de MC weerstand, hm, nee wacht even. De weerstand was... Die bleef gelijk, daar ging niets aan veranderen. Jeetje, hm,… Ik verander de U hè, die verander je. Waar zet je die normaal gesproken op een as? Hier [leerling wijst op papier]. Als je de spanning steeds meer laat toenemen dan …. Oké. Ja, hm, als dat nou een hele goede geleider is en zelfs een ideale geleider, ziet die er dan ook zo uit? Ja. Oké. Kun je dat erbij zetten, welke welke is? [leerling zet dat erbij] Ja en nou een iets moeilijkere vraag: Als ik nou hetzelfde circuitje weer hebt en ik ga de weerstand alleen verhogen, ….. Alleen de weerstand? Ja. Dus ik heb bijvoorbeeld zo’n schuifweerstand. [Leerling denkt lang na] Ehm, dan wordt de stroom kleiner naarmate de GT4 weerstand verhoogd wordt. Ja Even kijken. [tekent grafiekje] Weerstand verhoogt, wordt de weerstand kleiner. Dat ziet er goed uit, dat zijn dus geen moeilijke vragen voor jou. Nou…. Ze zijn goed dus.. Ook je manier van werken is goed zie ik, dat kan ik hier GT4 aan zien [wijs naar haar analytische aanpak met formules]. Dat snap ik niet? Dat is een oplosroutine, dit is precies wat ik wilde onderzoeken. Is goed, gaan we verder. Als je een fietslampje hebt. Ja En je hebt misschien wel eens je fiets gerepareerd. 65


58 59

L O

60 61

L O

62 63 64 65 66 67

L O L O L O

68 69

L O

70

L

71 72 73 74 75 76

O L O L O L

77 78

O L

79 80 81 82

O L O L

83 84 85 86

O L O L

87 88

O O

89 90

L O

Willem Jan Jong

Nee, dat doet mijn vader. Bij een dynamo gaat er maar een draadje naar je voorlamp en een draadje gaat er naar je achterlamp. Dat is toch raar??? Mijn achterlamp werkt op een batterij. Oke goed, dan gaat er maar 1 draadje naar je voorlamp. Met 1 draadje heb je nog geen circuit he? Nee Kun je misschien uitleggen hoe dat zit, want dat lampje gaat wel branden. Lopen er twee draadjes door dat ene draadje? QD Dat zou kunnen, maar dat is niet het geval. [Lange stilte] Het zou toch echt door het lampje heen moeten. QD Ja het moet door het lampje heen. Dus het is niet mogelijk dat je met een draadje het lampje kunnen laten branden, of is dat wel mogelijk? Het zal wel kunnen, als dat op de fiets zit en het lampje werkt. Maar… Dus heen is makkelijk. Het komt van je dynamo… Ja het gaat van je dynamo naar je lamp. En dan gaat het door het lampje heen. Ja en waar gaat het dan naar toe? Houdt het daar op? Het zal wel op hetzelfde draadje uitkomen, want het moet terug. Door hetzelfde draadje terug? Ja dat kan niet, want dan gaan er twee stromen door elkaar heen. Dat kan niet. Dan zal het daar wel eh… door het,… aan een metaal plaatje zodat het eh, bijvoorbeeld eh… Nee weer dan….. [leerling loopt vast] Je was heel dicht bij. Het zal wel ergens tegenaan gaan zodat het naar buiten kan, zeg maar naar de grond. Want dan heb je ook een kring rond. Dan zou je je dynamo moeten aarden, maar dat is een beetje moeilijk. Ja vanwege je band. Welke optie blijft er dan nog over? Aan je wiel, want je wiel is rond. [stilte] Nee dat zal het ook wel niet zijn.

GT3

MC GT4

GT3

Je wiel is rond. Ja dat vind ik wel een mooie zin. [Leerling lacht] Nee het zal wel ergens eh, weet niet. GT1 Wat is er allemaal geleidend aan de fiets? Zo ongeveer het hele frame. Oh dat heb je eigenlijk de verbinding met je achterlicht. Ja. Zo werkt de verlichting op de fiets. Wat ik verder wil vragen is: wat koop je van een elektriciteit bedrijf. Waar betaal je voor? Je betaalt kWh. GT3 Ja. Wat is dat, wat houd dat in? Is dat een eenheid of is dat een grootheid.

66


91

92 93 94 95

L

O L O L

96 97 98

O L O

99 100 101 102 103 104

L O L O L O

105

L

106 107 108 109

O L O L

110 111

O O

112

L

113

O

114 115 116

L O L

117

O

Willem Jan Jong

Ik ben slecht in die dingen, wat die woorden betekenen. Dat is zeg maar:… Ja je hebt elk huis, heeft 25 ampère krijgen ze, dus dat is stroom wat je krijgt. Ja. En het verbruik daarvan moet je betalen. Stroomverbruik? Hm. Nee dat kan niet, energieverbruik heet dat. Maar eh, even kijken. Het is meer zeg maar. Ik zie dat voor mij als een aantal bolletjes en die nemen wat mee en het apparaat verbruikt wat ze meenemen. En datgene wat verbruikt wordt dat moet je betalen. En dat is? Eh.. Spanning niet, stroom niet. [stilte] Je weet het wel, je hebt het vaak gehoord. Het heeft ook met arbeid te maken. Ja Joule. Energie, Joule, Watt. Eh Dat Joule dat was de eenheid ergens van.. Ja energie Ja De energie betaal je dus. Dus je betaalt voor de energie. Komen we van daar op die andere grootheid, vermogen. Zou je kunnen vertellen wat je onder vermogen verstaat. Je gebruikt het woord, maar ik heb idee dat het nog niet helemaal …. Is ook wel denk ik. Vermogen [stilte] Het heeft met verbruik van apparaten te maken. Ja Vooral ook hoeveel ze kunnen verbruiken. Hoeveel ze kunnen verbruiken. Dan ben je er al bijna met je definitie. Ja eh de hoeveelheid energie die een apparaat kan verbruiken. Zoiets zal het wel zijn. Dat komt aardig in de richting. Ik laat het hier bij. Als ik een spanning ga meten over enkel een draad. Wat is dan de spanning over de draad? Je hebt een kortsluiting volgens mij.

GT2

MC NE4

GT3 NE2

GT2

GT2 NE2

Ik heb een circuitje met een weerstandje erin, maar ik ga over een stuk meten waar alleen een draad zit. Ik sluit een voltmeter aan van de ene kant van de draad naar de andere kant van de draad. Er zit verder niets tussen. [Ik laat de leerling naar een schetsje kijken] Wat is de spanning daar [ik wijs het aan]. De spanning wilt u weten. [stilte] GT2 De draad is wel een ideale geleider. Ja, dus de R is nul. Dus dan is….. [leerling schrijft formuletje op en vult die GT4 in] …. de spanning ook nul. NE4 Ja inderdaad, zet er maar bij [het schetsje] 67


118 119 120 121

O L O L

122 123 124 125 126 127

O L O O L O

128 129 130 131

L O L O

132

L

133 134 135

O L O

136 137 138 139 140

L O L O L

141 142 143

O L O

144 145

L O

146 147 148 149

L O L O

Willem Jan Jong

Ehm, als ik nu dat draadje er tussen uit haal, wat is dan de spanning? Dus hier [leerling wijst naar schetsje] Ja Eh… [lange stilte] De weerstand is dan zo groot dat er niets meer door kan.

GT4 NE4

Dus de weerstand is:…. Dan is de spanning gelijk aan de spanning van de spanningsbron. Ja, zet er maar bij. Als ik nu een parallelschakeling heb van twee weerstanden. Ja [leerling maakt een tekening] Ja zoiets. En als ik nu een weerstand toevoeg parallel, wat gebeurt er dan met de hoofdstroom? Dus de stroom die hier [ik wijs in de tekening de betreffende plek aan] loopt? Zijn ze [de weerstanden] allemaal gelijk dan? Dat maakt niet uit. Maar de stroom verdeelt zich natuurlijk? Er komt gewoon een weerstand bij en zeg nog niets over de weerstanden zelf. Het verdeelt zich in drieën en dat hoeft het niet precies 3 gelijke te zijn omdat ik niet weet hoe groot de weerstanden zijn ten opzichte van elkaar. Maar wat gebeurt er dan met die stroom? De stroom verdeelt zich over de drie. Ja hij verdeelt zich over die drie weerstanden, maar ik was meer geïnteresseerd in de grootte van die stroom. Blijft die hetzelfde, wordt die groter of kleiner? Ehm [stilte] Dus er komt een weerstandje bij…. Je moet de vervangende weerstand bepalen. Ja gebruik dat. Normaal in een serie schakeling tel je ze op en hier eh… [leer begint weer te schrijven] Je wilt dat formuletje gebruiken, he? Ja, inderdaad. Kan je het ook zonder formule? Want ik zie dat je alles met formules doet. Kan je het ook zonder formule? Kan je het ook beredeneren. Want dat kan namelijk ook. Dat is een andere manier van denken, maar dat kan ook. Ehm Denk maar aan het verhaal van de snelwegen [komt uit een van mijn lessen], misschien werkt dat Ehm wordt groter. De stroom wordt groter? Of wordt de weg groter? Nee ik denk dat de stroom groter wordt. En waarom?

68

GT3

QD QD

GT4 NE4

NE2


150

L

151 152 153 154 155

O O L O L

156

O

157 158

L O

159 160

L O

161 162 163 164

L O L O

165 166 167

L O L

168 169

O L

Willem Jan Jong

Eh, nou zeg maar. Als je het ziet als een waterslang en je tapt er dingen GT4 vanaf. Dan kan er sneller meer water door gevoerd worden. NE4 Oke dat is een beredenering. En is die goed denk je? Nee vast niet Kun je hem controleren met het formuletje? I_totaal is bij een serie schakeling alles bij elkaar optellen. En anders is het ehm. Ik weet het niet meer, daarvoor heb ik heel gelukkig een binas. Weet je misschien iets over de vervangingsweerstand? Wordt die groter of kleiner? Kleiner [heel zeker]. GT3 Kun je het via die weg dan controleren? Als de weerstand kleiner wordt dan wordt… Het zal iets met 1 gedeeld door i of zo zijn. Je moet iets simpeler denken. Je hebt drie dingen: spanning weerstand en stroom. Combineer die met elkaar. De vervangingsweerstand wordt kleiner dus dan wordt je stroom… Groter Ja. Nou heb je het zelf gecontroleerd op meerdere manieren. Oh tuurlijk want deze wordt kleiner, logisch. Ok dan ga ik naar de laatste vraag om het af te ronden. Mag je zelf een vraag bedenken over dit hele onderwerp. Iets wat je niet snapt of iets dat je graag wilt weten, dat mag ook. Iets dat ik graag wil weten over het onderwerp. Ja. Iets waarvan je denkt: ik lees het elke keer, maar… Ik moet zeggen voor het proefwerk snap ik het wel aardig goed volgens mij. Ik vind die opdrachten met die tekeningen wel geinig. Dat uittekenen van al die weerstanden en zo. Oh ok, dan laten we het hierbij. Hartelijk bedankt voor je medewerking.

69


Willem Jan Jong

70


Willem Jan Jong

Leerling 3: Bas 1 O Ok, laten we beginnen. Bas, als eerste, wat heb je allemaal al gedaan aan dit onderwerp? 2 L Ja gewoon vragen maken, doorlezen van het boek 3 O Heb je ook nog gekeken naar applet opdrachten. 4 L Nee dat heb ik nog niet gedaan, want ik was gister een beetje druk. 5 O Oh dat geeft niet, want dan kunnen we dat nu ook gebruiken. Laten we beginnen met een aantal definities. Kun je mij uitleggen wat je verstaat onder een elektrische spanning. 6 L Spanning is volgens mij, eh, [stilte] hoeveel elektronische deeltjes er door kunnen gaan. 7 O ’t Zit in de buurt. 8 L Schokken 9 O Probeer het te formuleren. 10 L Even denken, ik weet het niet meer precies 11 O Je mag het ook formuleren hoe je het voor je ziet. Als ik zeg spanning wat zie je dan voor je of wat denk je dan? 12 L Ja gewoon de elektriciteit die ook in de stroomkring staat. Ja eh 13

O

14 15 16 17

L O L O

18

L

19 20

O L

21 22 23 24

O L O L

25 26

O L

27

O

28 29 30 31

L O L O

Waarmee kan je het ook vergelijken bijvoorbeeld, kun je een analogie maken? Ja met water, bijvoorbeeld. Dat is heel algemeen kun je specifieker zijn? Ja bijvoorbeeld eh, ja, een pomp. Een pomp, dat is een aardig voorbeeld. Wat zijn de overeenkomsten daartussen: een pomp een spanning. Het stroomt allebei. De stroom gaat er gewoon door heen en bij een pomp ook. Ja Er moet een weerstand zijn, dus eh, ja je hebt een begin en een einde. Dat zijn ze. Is er nog iets met dat begin en einde. Ja je hebt een niet echt een plus en min ofzo bij water. Wat betekent dat plus en min, maar dan bij elektriciteit? Eh ja het gaat van eh, plus is eh positief geladen. En min is negatief geladen. Het gaat van plus naar min. Ja, wat betekent geladen? Eh, even kijken. Dat er volgens mij dan was er een elektron meer of zoiets, dacht ik. Ja, dus als iets negatief geladen is en het is meer negatief geladen dan iets anders, wat is dan verschillend? Eh dan is er een elektron minder. D’r zijn minder elektronen als het….. Als het ander. Maar welk is het, dat is belangrijk. Als iets negatief geladen is en een ander 71

GT3 NE3 NE2 GT1

GT3 NE3

NE3 GT3

GT3 NE3

GT3 GT3

GT3 NE4

GT2


32 33 34 35

L O L O

36 37 38 39

L O L O

40

L

41 42 43 44

O L O L

45 46

O L

47

O

48 49

L O

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

L O L O L O L O L O

60 61 62

L O L

Willem Jan Jong

bolletje… Ik neem even twee bolletjes en deze teken ik iets groter [ik teken nu twee bollen met ongelijke straal op het vel]. Daarmee geef ik aan dat deze [de grootste] meer negatief geladen is dan die [de kleinste]. Wat kun je dan zeggen over het aantal elektronen bij het ene en het andere bolletje? Ehm volgens mij…. Heeft deze dan meer elektronen? Of niet? Zet jou antwoord er maar bij, wat jij denkt. Ik denk dat het dan gewoon van positief naar negatief gaat. Ja maar ze waren allebei negatief geladen, dus dat is een ander verhaal. Daar kunnen we straks even over verder gaan. Dus de ene heeft een groter negatieve lading dan de andere en welke heeft dan het meeste elektronen? Eh die met de kleinere lading. Zet dat er maar even bij, dan kan ik dat later terug zien. Deze heeft er minder [leerling zet minder el bij het grootste bolletje]. Dan gaan we verder. Als je bij het elektriciteitsbedrijf de rekening betaalt, waar betaal je dan voor? Volgens mij voor het aantal ampère dat je gebruikt. Dus je betaalt voor het aantal ampère? Ja Dus het aantal ampère, dat is een grootheid? Ja eh spanning, nee, de hoeveelheid stroom wat er doorgaat dus eh dat schiet op. Even in een zin.. Je betaalt voor het aantal ampère dat door de stroomkring gaat, volgens mij. Je zegt dus dat je betaalt voor de hoeveelheid stroom die door de kring gaat. Ja Als ik nou zeg kWh…. dat je daarvoor moet betalen als eenheid. Kun je dat linken met je jou verhaal van daarnet. Nou eh. kWh dat is al een heel andere eenheid. Wat was de eenheid van stroom? De stroom dat is ampère. Dat is iets anders dan Watt, he? Kun je dat corrigeren? kWh, dat was gewoon kW per uur, maar eh kWh dat is kW per uur? Elk uur is dat de hoeveelheid Watt. Ja dus dat is dus niet kW per uur, maar dat is? [lange stilte] Als ik dat opschrijf voor jou. Wat jij zegt is dit [ik schrijf kW/h op], maar wat het is, is dit [ik schrijf kWh op]. Dat is kW maal uur. Het verschil…. Dit is per en dit is maal uur. Ja, maar wat is dit nou? Waar is dit de eenheid van? Eh 72

QS GT2

GT3

GT3 NE2

GT1

GT2 NE3

GT1 GT3 GT3 GT3


63

O

64

L

65

O

Willem Jan Jong

Je betaalt …kWh. We hadden net stroom is …A, maar wat is dan de grootheid die hierbij hoort? Eh. [stilte] Volgens mij stroomsterkte of zo. Oh nee dat is ampère. Ik weet GT1 het niet. Oke ik zet er even bij weet niet. Gaan we verder, ik zal straks wel het antwoord geven. Het gaat erom om te kijken wat jij wel en niet weet.

66 67 68 69

L O L O

Ik heb hier een schakeling met een spanningsbron en een weerstand [ik laat de Java applet zien]. Wat is wat? Wijs maar aan wat, wat is. GT3 Volgens mij is dat de weerstand NE3 Ja en dat is de spanningsbron. Ja

70 71 72 73 74

L O L O L

En dit is verder de stroomkring Ja. Wat is er nou een maat voor de stroom? De stroom die er door heen gaat? Ja, maar hoe kan je dat zien in dit ding? Even kwalitatief? Eh de stroom is zoveel dingentjes per.. die er door heen kunnen gaan.

75

O

76

L

77 78 79

O L O

80 81 82 83 84 85 86

L O L O L O L

87 88 89

O L O

90

L

91

O

Ja als ik de schuif van de weerstand ga veranderen, hoe kan je dan zien dat de stroom gaat veranderen? Dan gaat het sneller of langzamer. GT3 NE3 Wat gaat er sneller of langzamer? Eh ja de deeltjes die er door gaan. GT3 Ja das een mooie verklaring. Als ik de weerstand verhoog, wat gebeurt er dan met die deeltjes? Dan gaan ze langzamer. Eh, bij zo’n weerstand, he. Die wordt warm. Ja Waarom wordt die warm? Eh ja de energie die gaat dan verloren. GT3 Energie gebruik je nu he. Energie gaat verloren? Ja eh weerstand volgens mij produceert warmte ofzo. Nee, als stroom… QS wat was dat dan, produceert toch warmte? Dat gaat er dan verloren. Ja, maar waarom wordt het warm dan? Eh [lange stilte] ja dat is wel een kleine ….. Die warmte komt ergens vandaan, maar waar kom dat dan vandaan dan. Kun je dat zeggen? Ja volgens mij van de bewegingsenergie ofzo. GT3 NE4 Ja bewegingsenergie, ze bewegen. Ja maar hoe komen ze aan het bewegen dan?

NE1 GT3 NE3

73


Willem Jan Jong

92

L

Omdat ze van de plus naar de min gaan.

93 94 95 96 97 98 99

O L O L O L O

100 101 102 103

L O L O

104 105 106

L O L

Ja. Door verschil in positieve en negatieve lading. Ja en dat noemen we een? [Lange stilte] dat mag dan in Volt zijn? Ja en dat noemen we een [aarzeling] spanning Spanning ok. We weten uit de mechanica, dat als iets beweegt dat bevat… Energie Ja, dus wat gaat hier gebeuren als dit [de weerstand] een lampje is. Ja dan kan je goed de weerstand gebruiken om de warmte krijgen. Ja en waar komt dan het licht, dat is ook een energievorm en warmte ook, dan vandaan? Door de bewegingsenergie van de deeltjes. Ja ok. En wat doet nou een spanningsbron? Eh die douwt de deeltje van plus naar min gaan en dan komt er energie vrij.

107

O

108

L

109

O

110 111 112 113 114 115 116 117

L O L O L O L O

118 119

L O

120

L

GT3 NE3

QS GT3

GT3 GT4

GT4 GT4 NE4

Bijna, je bent er bijna. Maar goed dat geeft niet, je hebt al heel goed je best gedaan om dit te bedenken. Als de geleider hier een ideale geleider is en de temperatuur verandert niet, kun je dan het verband schetsen tussen de spanning en de stroom? Dus de spanning over de weerstand of geleider en de stroom erdoor, kun je dat tekenen? Ja dus gewoon een grafiek. Als het een lampje is of als het gewoon een weerstand is? Als het een weerstand is. Je neemt allerlei verschillende spanningen en je begint bij 0 bijvoorbeeld en varieert tot 10 omhoog, net als bij het practicum. Hoe ziet dat er uit dan. Dan loopt het in een rechte lijn [leerling maakt een grafiek]. GT3 Kun je ook de eenheden er bij zetten; wat, wat is. Volgens mij is dit Volt en dit … Ja, die helling heeft dat ook nog een betekenis of niet? Volgens mij is de helling eh het aantal deeltjes dat er door heen komt. GT3 Schrijf er maar bij. Als die hoger word dan worden er meer deeltjes eh.. Zet er maar bij; helling =… [Leerling schrijft op helling= verband tussen U en I] GT2 Ja ok, nu heb je in kring geredeneerd, maar nog geen antwoord gegeven op mijn vraag. Want dit was mijn vraag van daarnet. Wat is het verband dan tussen U en I? Als U meer wordt dan wordt I ook meer. NE2 74


121

O

122

L

123 124

O L

125

O

126 127

L O

128 129

L O

130

L

131

O

132 133 134 135 136

L O L O L

137

O

138 139

L O

140 141 142 143

L O L O

144 145 146 147 148

L O L O O

149 150

L O

Willem Jan Jong

Ja dat is dit, een recht evenredig verband. Maar stelt het ook nog wat voor of niet. Is dat gewoon een getalletje of komt dat mooi zo uit? Nee dat heeft ook te maken met de weerstand. GT3 Ok, weet je ook hoe? Als de weerstand hoog is dan word de grafiek platter zal ik maar zeggen. NE4 Dus dan is de helling minder. Ja. Weet je ook hoe zo’n type grafiek er uit zit bij een experiment met een lampje? Ja die loopt zo [leerling tekent] Zet er maar bij lampje. Ok een parallel schakeling kan je die tekenen voor mij? [leerling maakt de tekening] Ok als je er nu een weerstand bij plaatst, een willekeurige weerstand, in de parallelketen. Wat gebeurt er dan met de stroom door de hoofdkring? Die wordt hier verdeeld over de twee weerstanden. Dus als deze weerstand meer is dan krijgt die meer. Teken hem er eens bij. Met een stippellijn of zo, om te laten zien dat je die toevoegt. [leerling tekent in serie een weerstand er bij] Nee dat is in serie, er moet er nog eentje parallel bij. Ja ok [leerling verbetert tekening] Wat gebeurt er nou met die I? Die wordt verdeeld over die 3 weerstanden dus. En als die weerstand groter is dan is de I dan eh. Je weet nog helemaal niets over de weerstanden he, je doet er enkel eentje bij. Ja. Ik weet zeker dat het dan wordt verdeeld. Ja, maar wat is dan het resultaat op die hoofdstroom. Wordt die groter, kleiner.. Deze, die is gewoon nog hetzelfde. Die blijft constant, zet er maar bij. Hier is I nog hetzelfde. Nu kijk je alleen naar dit geval. Maar bedoel het verschil tussen de I nu [ik bedek een weerstand] en nu [haal mijn hand weer weg]. Als ie eh zo is eh …. Is die groter, constant of kleiner? Kleiner Zet er maar bij: wordt kleiner. Als ik nou hetzelfde zou doen, maar dan in een serieschakeling. Ik heb er eerst twee in serie en ik zet er eentje bij. [Leerling maakt schetsje] Wat gaat er dan veranderen met de stroom?

75

GT3

GT3 NE2

GT3


Willem Jan Jong

151

L

De I die blijft helemaal hetzelfde, volgens mij. Blijft constant.

GT3 NE2

152 153

O O

154 155 156 157 158 159 160

L O L O L O L

Ok zet er maar bij. Ter afsluiting: Over het hele onderwerp, he. Wat is de eerste vraag, als je iets willekeurigs zou mogen stellen. Wat zou je dan willen vragen? Wat is echt het aller moeilijkste en waarvan je denkt: dit moet ik weten. Ik vond het eigenlijk niet zo moeilijk. De vraag is dus wat je niet weet en niet wat je al wel weet. Ik wil dit [vraag over kWh] nog wel weten. QS Dus die vraag over kWh he? Ja. Hartstikke bedankt voor je medewerking. Graag gedaan.

76


Willem Jan Jong

77

Begripsontwikkeling en misconcepten van 5-vwo leerlingen bij het onderwerp elektriciteit. Onderzoek van Onderwijs. Willem Jan Jong

Recommend Documents