Het EXO Experimenteel Onderzoek Docenten handleiding
Inhoud: 1. De stappen in een experimenteel onderzoek 2. Logboek, als hulpmiddel bij de begeleiding van het onderzoek 3. Beoordelingscriteria 4. Urenverantwoording 5. Planning, Roostering 6. Informatie verzamelen
1. De stappen in een experimenteel onderzoek De cursieve tekst is een deel van de tekst voor de leerlingen 1. Onderzoeksvraag De voorbeelden in het inleidende hoofdstuk moeten duidelijk gaan maken dat een goede onderzoeksvraag aan een aantal criteria moet voldoen. Een voorbeeld. Een probleem uit een wetenschapsquiz van enkele jaren geleden: Wat gebeurt er met de luchtdruk in de achterband van je fiets als je op de fiets gaat zitten? En wat gebeurt er nog meer als er bovendien iemand op de bagagedrager gaat zitten? Een ander voorbeeld. Hoeveel energie heeft de koelkast nodig om 1 liter water 10 graden af te koelen? Is dat in de zomer evenveel als in de winter? Hoeveel energie heeft een model stoommachine nodig om nuttige arbeid te leveren? En hoeveel als de te leveren arbeid twee maal zo groot wordt? De voorbeelden bevatten meer dan een vraag. Er is een vervolgvraag om aan te geven dat het probleem verder gaat dan een getal meten. De omstandigheden waaronder de gevraagde grootheid gemeten wordt, dat de te meten grootheid afhangt van een of andere instelbare grootheid, dat zijn ook aspecten van een probleemstelling. Het probleem gaat verder dan vragen naar de bekende weg zoals het barometer verhaal aangeeft: De professor, die alleen maar had willen horen dat de luchtdruk afneemt met de hoogte en dat die afname, en daarmee de hoogte, kan worden gemeten met een barometer, ………. 2. Waarom denk je dat het verhaal van de student en de barometer juist hier is opgenomen. Hoe gaat dat, een experimenteel onderzoek uitvoeren? De vraag die je met het onderzoek gaat beantwoorden, daar start je mee. Zoals: wat is het rendement van dit model stoommachine? Specifieker: wat is het rendement van dit model bij vol vermogen? Begin, als je niet direct een vraag hebt, of weet te bedenken, met onderwerpen die je belangstelling hebben. Suggesties voor onderzoeksvragen zijn ook op internet en in boeken te vinden. Zijn boeken en of internet voor het gericht zoeken beschikbaar? Maar wees op je hoede: voorbeelden van exovragen op internet willen wel eens te gesloten zijn. Verwacht niet van leerlingen dat ze in een keer met een goede probleemstelling of onderzoeksvraag komen. Verwacht wel een eerste aanzet tot een mogelijke vraag, die via hun verkenningen en via je opmerkingen en de opmerkingen van hun klasgenoten gespecificeerd kan worden. Als er geen aanknopingspunten zijn, is wat actiever bijsturen wel op zijn plaats. Let er als docent met name op dat de onderzoeksvraag aanknopingspunten biedt voor vervolgvragen. Een heel erg specifieke vraag, geeft een erg gesloten onderzoek. Streef naar onderzoekjes waar de leerlingen mogelijkheden hebben om zelf keuzen te kunnen maken. In de praktijk betekent dit dat er voldoende kwalitatieve aspecten aan het onderzoek moeten zitten. De vraag naar een heel specifiek specialistisch getal levert geen onderzoek op.
Daar tegenover staan vragen in de trant van Waarom? Dat soort vragen zijn moeilijk te vertalen naar concrete onderzoekjes. Help de leerlingen met het aandragen van mogelijkheden. Help ze bovendien door de praktische uitvoerbaarheid, binnen de gegeven mogelijkheden van tijd en apparatuur, in de keuze te betrekken. Maar help de leerlingen niet door hun werk te gaan doen. Als docent ben je in deze fase puur begeleider, meedenker, binnen de randvoorwaarden van rooster, aantal beschikbare uren, verplichte begeleidingsmomenten en afrondingseisen die je zelf hebt opgesteld.
2. Werkplan Er bestaat een Ampere meter om elektrische stroom te meten en een thermometer om temperaturen te meten, maar er bestaat geen “rendementmeter” waarop het rendement van een aangesloten stoommachientje direct afgelezen kan worden. Wat dan? Dan ga je andere grootheden meten, de grootheden waarmee je het rendement kunt berekenen. Voor leerlingen een belangrijke stap. In het te maken werkplan laat je zien wat je gaat meten, met welke apparaten en in welke meetopstelling, om het rendement te kunnen berekenen. Dat werkplan voor een experiment schud niemand zo maar uit zijn mouw! Het grote gevaar bij het begeleiden is dat de docent teveel voor gaat zeggen, de leerlingen niet de mogelijkheid biedt zelf te zoeken en zelf fouten te maken. Er is niets normaler dan zoeken van oplossingen. Geef ze dan ook de kans zelf te zoeken. Anders gezegd: planmatig werken zoals in de stappen voorgesteld wil niet zeggen dat het “goede antwoord” in een keer op papier moet komen. Lukt het niet om een werkplan te maken, ga dan verder met verkennen of ga de onderzoeksvraag aanpassen. Werkplannen komen niet in een keer tot stand. dat is een cyclisch gebeuren, iedere keer een beetje verbeteren in de vorm van de vraag specifieker maken, een meetinstrument dat niet het goede bereik had vervangen enz. De verkenningen spelen daar een centrale rol. 3. Uitvoeren van het werkplan Met andere woorden: controleer de apparaten afzonderlijk, controleer de meetopstelling in zijn geheel, ga na of de gemeten waarden niet veel hoger of lager zijn dan verwacht? Als de controles uitgevoerd zijn ga je het werkplan uitvoeren. Als docent actief meedenken, antwoorden geven op gestelde vragen, maar niet hun werk uit handen nemen ook al zie je allerlei moeilijkheden opdoemen. Assisteren bij het controleren van de opstelling maakt het iets makkelijker je als docent te richten op begeleiden in plaats van oplossingen aandragen. De resultaten van de metingen komen natuurlijk in het logboek.
4. Verwerken, ordenen van de metingen Als je het werkplan na de nodige verkenningen hebt gemaakt, en als je de meetresultaten na de nodige controles van apparatuur en opstelling hebt verzameld, dan mag je vertrouwen hebben in de resultaten. Door vragen zoals: Weet je het zeker? of Geen twijfel mogelijk? laat je je niet in de war brengen! Ga deze vragen tijdens het uitvoeren of bij het bespreken van de voorlopige resultaten stellen.
Het kan zijn dat met je EXO de onderzoeksvraag is beantwoord. Prima. Het kan zijn dat naast de ene beantwoorde vraag er veel nieuwe vragen opgekomen zijn. Voorbeelden: hebben alle stoommachines hetzelfde rendement, hoe is het rendement van het model te verbeteren? Deze vragen mag je in je logboek opnemen. Ze weer experimenteel gaan beantwoorden is soms wel maar meestal niet de bedoeling, dat hangt van de afspraken met de docent af. Een belangrijk element is het gebruik van de tijd die voor EXO was gerekend. Groepjes die heel snel klaar zijn omdat ze zich heel erg gaan beperken kunnen aangesproken worden op vervolgvragen. Zie ook stap 2.1 de onderzoekvraag, die moet voldoende mogelijkheden bieden.
5. Presentatie van de resultaten De presentatie in de vorm van verslag, demonstratie, poster of voordracht wordt voorbreid en afgerond. Meestal hebben de leerlingen met veel plezier aan onderzoekjes gewerkt en willen ze graag aan anderen laten zien wat ze bereikt hebben. Een presentatie die verder gaat dan een verslag voor de docent ligt dus zeer zeker voor de hand.
2. Logboek, als hulpmiddel bij de begeleiding van het onderzoek Het logboek is tijdens het EXO een belangrijk hulpmiddel. Allereerst voor jezelf om de vorderingen bij te houden, afspraken vast te leggen, .... Ten tweede voor de docent om je te kunnen begeleiden aan de hand van de aantekeningen die je gemaakt hebt. Wat je tijdens elke stap in het onderzoek te doen hebt en wat je daarvan in het logboek moet opschrijven is in het voorbeeld van de stoommachine al ten dele genoemd. Een checklist voor elke stap helpt je bij de uitvoering van je eigen onderzoeksprobleem. Logboek ahv onderzoek stappen Het voorbeeld van de checklist is opgesteld en uitgeprobeerd door R Buter. Alle door hem samengestelde lijsten, tezamen met losse blaadjes ruitjespapier, waarop hokjes voor datering, bladnummer en aantekeningen + paraaf van de begeleider, vormen een losbladig logboeksysteem. Het lijkt logisch dat de losse blaadjes tezamen worden gehouden in een voorgeschreven mapje.
checklist
voorbereiding
Plan van aanpak .......................................................... 1 Planning ...................................................................... 1 Taakverdeling ............................................................. 1 Bronnen....................................................................... 1 Voorlopige onderzoeksvraag...................................... 1 Hypothese ................................................................... 1 Begrippen definiëren.................................................. 1 Afhankelijke/onafhankelijke grootheden.................... 1 Formules ..................................................................... 1 Meetapparatuur ........................................................... 1 Grootte-orde................................................................ 1 Nauwkeurigheid.......................................................... 1 Gidsexperiment ........................................................... 1 Definitieve onderzoeksvraag...................................... 1 Definitief werkplan..................................................... 1
Namen:
klas:
Denk aan de eerste afspraak!
checklist
uitvoering
Taakverdeling ............................................................. 1 Planning ...................................................................... 1 Afspraken.................................................................... 1 Meetopstelling............................................................. 1 Meetresultaten............................................................. 1 Nauwkeurigheid.......................................................... 1 Reproduceerbaarheid .................................................. 1 Namen: Klas:
denk aan de tweede afspraak!
checklist
verwerking
Planning ...................................................................... 1 Taakverdeling ............................................................. 1 Gegevens ordenen....................................................... 1 Gegevens verwerken................................................... 1 Diagrammen............................................................... 1 Interpretatie resultaten................................................ 1 Foutendiscussie ........................................................... 1 Vergelijking hypothese............................................... 1 Conclusies................................................................... 1 Suggesties vervolgonderzoek ..................................... 1 Namen: Klas:
En nu je verslag nog!
( door de docent te vervaardigen; bijvoorbeeld ruitjespapier)
datum:
aantek.
…..
begeleiding
tijd: ….
blad : nr.
paraaf:
Logboek ahv rooster In plaats van lijsten gekoppeld aan de te maken stappen in het Exo is het ook mogelijk lijsten te koppelen aan het rooster. Zie het hoofdstuk over roostering. Een nadeel van dergelijke lijsten is dat de onderzoekstappen wat minder centraal staan. Nog andere, elders uitgeprobeerde lijsten: Het onderzoeksplan moet de volgende zaken bevatten: • Een tijdschema. • Hoe verdeel je de taken samen. • Schetsen van eventuele opstellingen. • Welk onderwerp hebben jullie gekozen en waarom. • Welke onderzoeksvraag hebben jullie gekozen en waarom. • Hoe denken jullie d.m.v. experimenten een antwoord op jullie vraag te krijgen? • Welke zaken willen jullie meten/bepalen en waarom? • Welke apparatuur is nodig en hoe denken jullie daar aan te komen? • Hoe gebruik je de apparatuur in de opstelling? • Wat verwachten jullie aan onderzoeksresultaten? • Hoe denken jullie de resultaten te gaan weergeven en/of verwerken? Jullie moeten verslag uit brengen van het onderzoek dat jullie hebben gedaan door middel van een schriftelijk verslag en een presentatie voor de rest van de groep Zo’n verslag moet de volgende onderdelen bevatten: • Titel (Titelpagina, auteurs, datum). • Inhoudsopgave. • Inleiding (Waarom kozen jullie voor dit onderwerp, wat was de onderzoeksvraag, wat verwachtten jullie dat er uit het onderzoek zou komen). • Werkwijze en opzet (Schrijf dit zo op dat iemand anders jullie onderzoek zou kunnen herhalen, tijdsplanning). • Resultaten (Overzichtelijk met berekening). • Conclusies ( Zijn jullie verwachtingen uitgekomen, in hoeverre is de onderzoeksvraag beantwoord, wat zijn mogelijke foutenbronnen geweest, hebben jullie ideeën voor verbetering?) • Plaatsing in een breder perspectief ( over het belang van het onderzoek ,over de toepasbaarheid ervan en in hoeverre kan men erover van mening verschillen). • Evaluatie ( Hoe vonden jullie het om dit onderzoek te doen, wat verliep goed, wat niet, hoe verliep de samenwerking?) • Literatuurlijst. Andere informatiebronnen Zie ook diverse brochures van: APS, KUN, SLO en Cito. Let wel: de meeste informatie is geschreven voor de bovenbouw van het VO. Maak de checklist die je gaat gebruiken voor het sturen van uitvoering en begeleiding van het exo tijdig aan de leerlingen bekend.
3. Beoordelingscriteria Binnen een duo heeft ieder eigen taken. Het kan dus zijn dat binnen een groep waar de inbreng van beide leerlingen heel erg verschillend was, andere eindcijfers gegeven worden. Te overwegen valt om de beoordeling te koppelen aan de lijsten met aandachtspunten die voor elke stap van het EXO gebruikt worden. Dan moet er een normering aan de lijsten worden toegevoegd. Zeer belangrijk is dat de eindbeoordeling niet alleen afhangt van het eindresultaat. De manier waarop dat eindresultaat bereikt werd staat veel centraler!
Overzicht beoordelingscriteria, in aanvulling op checklists, zoals op een school in de praktijk gebruikt Planning 1. Komt zelfstandig tot een valide onderzoeksvraag . 2. Beschrijft een aanpak of schetst het voorgestelde eindproduct waaruit blijkt dat het te onderzoeken probleem is begrepen. 3. Geeft aan van welke theorie gebruik gemaakt zal gaan worden. 4. Beschrijft welke voorbereidingen gedaan zullen moeten worden. 5. Beschrijft hoe de voorbereidingen aangepakt zullen worden. 6. Noemt de benodigdheden voor de proef. 7. Geeft aan hoe de resultaten verwerkt zullen worden. 8. Geeft aan hoe welke vooronderzoeken er nodig zijn, zoals apparatuurtest, bepalen hoeveelheden en concentraties etc. voor het echte onderzoek kan beginnen. 9. Geeft aan welke voorzorgsmaatregelen er noodzakelijk zijn voor de veiligheid. 10. Gaat na of alle materialen zoals apparatuur en chemicaliën aanwezig zijn.
Uitvoering 1. De student verzamelt zelf de instrumenten, materialen en informatie die voor het onderzoek nodig zijn, of legt contact met een instantie waar het gewenste onderzoek uitgevoerd kan worden. 2. De student volgt een onderzoeksplan dat tot een antwoord op de onderzoeksvraag leidt vrijwel op de voet. Hij/ zij past het plan zonodig aan als de gevonden waarden of omstandigheden daartoe aanleiding geven. 3. De student maakt zelfstandig gebruik van materialen en instrumenten op veilige en effectieve manier. 4. De student voert de bepalingen met de gewenste nauwkeurigheid uit. 5. De student toont creativiteit of inventiviteit bij het oplossen van praktische problemen. 6. De student voert voldoende waarnemingen uit met de gewenste nauwkeurigheid. 7. De student herhaalt proeven waanneer dat wenselijk is. Hij/ zij kan duidelijk waarden laten vervallen die afwijken of uit enkele metingen een gemiddelde bepalen. 8. De student geeft de gevonden waarden op een overzichtelijk en duidelijke manier weer.
Verwerken en ordenen van de metingen 1. De student zorgt voor een goed geordend verslag van het onderzoek. 2. De student geeft een duidelijke beschrijving van de aanpak van het onderzoek.
3. De student verwerkt de gevonden waarden op een juiste wijze. 4. De student maakt correct en adequaat gebruik van tabellen en diagrammen in de presentatie en de verwerking van de gevonden waarden. 5. De student laat blijken kennis en inzicht te hebben in de theoretische aspecten die verband houden met het onderzoek. 6. De studenten trekt een duidelijke en juiste conclusie uit de proeven en presenteert een product dat aan de gestelde specificaties voldoet. 7. De student geeft een overzicht van geraadpleegde literatuur en/ of andere informatiebronnen.
Presentatie van resultaten 1. De student beschrijft de problemen die zich hebben voorgedaan tijdens het onderzoek. 2. De student geeft de beperkingen van de geldigheid van de conclusies aan op grond van een schatting van nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de gegevens. 3. De student geeft aan hoe het beschreven onderzoek nauwkeuriger en betrouwbaarder kan worden uitgevoerd. 4. De student doet zinvolle voorstellen voor verder onderzoek op basis van de resultaten die zijn verkregen en de vragen die daardoor opgeroepen worden.
4. Urenverantwoording Deze keuzecursus heeft een omvang van drie studiepunten wat neerkomt op een studielast van 120 uur. Een volgende verdeling kan gemaakt worden: • De eerste 6 weken 4 uur werken op het instituut, 8 uur practicum en 4 uur thuiswerk. (6 x 16 = 96 uur). • 6 uur voor overleg en nabespreken met de docenten en anderen. • 6 uur extra om de presentatie voor te bereiden • 4 uur op het instituut om de laatste zaken door te spreken in week 7. • Een dag presentaties (8 uur). Maak de verdeling zoals jullie die op school gaan hanteren bekend.
5. Planning, Roostering Ga er in verband met je planning van uit dat de voorbereiding, bestaande uit het opstellen van de onderzoeksvraag en het werkplan, ongeveer eenderde van de tijd in beslag neemt. Voor de uitvoering en verwerking tezamen ook eenderde van de tijd, en het resterende derde deel is nodig voor de voorbereiding en het maken van de uiteindelijk presentatie. Een voorbeeld van een getest rooster, dat aansluit op de eerder gegeven uren verdeling: Week 1 • Keuze partner maken. • Overleg met de docenten. • Onderwerpkeuze inleveren. • Afspreken definitief onderwerp. • Theorie formuleren, literatuur, voorschriften zoeken bij het onderzoeksvoorstel. • Logboek bijhouden. Waar gaat je tijd in zitten?
Week 2 • Onderwerp afbakenen. • Wat is mogelijk, denk aan materialen en apparatuur. • Verzamelen van informatie. • Experimenteerplan ontwerpen. • Plan van aanpak maken, taakverdeling maken. • Eventuele eerste gidsexperimenten. • Eerste experimenten. • Logboek bijhouden.
Week 3 • Experimenteerplan uitvoeren. • Voortgangsgesprek met de docent. • Eventueel bijstellen van het experimenteerplan. • Logboek bijhouden. • Denken over het verslag.
Week 4 • Experimenteerplan uitvoeren. • Begin maken met het verslag. • Logboek bijhouden. Week 5 • Experimenteerplan uitvoeren. • Overleg met de docent over opzet verslag is klaar. • Werken aan verslag. • Logboek bijhouden.
Week 6 • Experimenteerplan uitvoeren. • Waarnemingsresultaten bewerken. • Conclusies trekken. • Werken aan verslag. • Logboek bijhouden. Week 7 • Eventueel een laatste experiment. • Suggesties aangeven voor vervolgonderzoek. • Laatste hand leggen aan verslag en logboek. • Definitieve versie inleveren van verslag en logboek. Week 8 • Nabespreking verslag, logboek en presentatie. • Advies en commentaar schriftelijk geven op de verschillende presentaties.
De bijbehorende checklist voor het logboek per week Week 1 • Partner: • Gekozen onderwerp: • Overleg met de docenten: • Definitief onderwerp: • Literatuurkeuze: • Verantwoording van minimaal 16 uur. Waar is deze week je tijd in gaan zitten?
Week 2 • Zijn de materialen en apparatuur aanwezig? • Verdere informatie die verzameld is? • Experimenteerplan, aanpak afgesproken. • Taakverdeling. • (Gids) experimenten . • Verantwoording van minimaal 16 uur. Waar is deze week je tijd in gaan zitten?
Week 3 • Experimenten die gedaan zijn. • Voortgangsgesprek met de docent. • Bijstelling experimenteerplan? • Eerste aanzet tot een verslag.
• Waar is deze week je tijd in gaan zitten?
Week 4 • Experimenten die uitgevoerd zijn. • Activiteiten die verband houden met het maken van het verslag. • Waar is deze week je tijd in gaan zitten.
Week 5 • Experimenten die uitgevoerd zijn. • Overleg met de docent over opzet verslag. • Activiteiten rond het verslag. • Waar is deze week je tijd in gaan zitten?
Week6. • Experimenten die uitgevoerd zijn. • Activiteiten rond het bewerken van waarnemingen. • Activiteiten rond het trekken van conclusies. • Activiteiten rond het maken van het verslag. • Waar is deze week je tijd in gaan zitten?
Week7. • Eventueel laatste experiment. • Activiteiten rond het ontwikkelen van suggesties voor vervolgonderzoek. • Activiteiten rond het afronden van het verslag en logboek. • Inleveren van verslag en logboek.. • Waar is deze week je tijd in gaan zitten ? Week8. • Nabespreken verslag, logboek.
7. Informatie
verzamelen.
Informatie over en handleidingen van apparatuur die op school aanwezig is. Zorg naast de handleidingen voor enkele eenvoudige standaard proefbeschrijvingen die de leerlingen kunnen gebruiken om de apparatuur te leren kennen, de apparatuur te controleren. In de voor leerlingen toegankelijke bak of map zitten niet de originelen, want soms heeft een groep de informatie wat langer nodig.
Voorbeelden van onderzoeksvragen zijn te vinden in boeken zoals: • Alledaagse wetenschap, Karel Knip, Uitgeverij Contact • Natuurkunde van ’t vrije veld, M Minnaert
Internetadressen. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
http://digischool.bart.nl De Digitale School http://www.campus.bt.com/public/BPSAW/ Science across the world http://bve-scennet.dds.nl Software-evaluaties. http://www.konbib.nl/100hoogte/hh-nl.html Koninklijke bibliotheek http://www.bbcnc.org.uk/education/index.html Engelse Teleac http://www.knmi.nl KNMI http://dru.knoware.nl/onderwijs/sonnenborgh/sonnenborgh.htnl Utrechtse sterrenwacht http://www.ruu.nl/beta/page2.html Scriptiehandboek http://www.csulb.edu/gc/ Uitwisselen lesmateriaal http://netvet.wustl.edu.ezoodesc.htm The electronic zoo http://www.caos.kun.nl/~chemnet Chemnet http://www.omroep.nl/nps/tv/klokhuis/ Klokhuis http://info.omroep.nl/ncrv/willemwever/ Willem Wever http://www.teleacnot.nl Teleac/not http://www.aps.nl APS http://www.cito.nl CITO http://www.fnw.sci.kun.nl/EXO/index.html Exo-steunpunt http://www.chem.uva.nl/c3/ Stichting C3 http://home.svm.nl/natwet/ NVON http://wwwslo.nl SLO http://antoine.fsu.umd.edu/chem/senese/101/index.shtml General chemistry http://chemsoc.org/viselements/ CHEMSOC http://www.almaz.com/nobel/ Nobelprijswinnaars http://www.museum.uu.nl/jeugdlab.html Jeugdlab Universiteitsmuseum http://www.rslokaal.nl/ Remote Sensing http://www.shef.ac.uk/~chem/chemdex/ Sheffield ChemDex
