Het kennen van de juiste natuurkundeformules is één ding, het kunnen toepassen van die kennis bij het oplossen van realistische problemen een tweede. Daarvoor moet je allereerst een fysisch model van de situatie opstellen, en daar vervolgens ook nog aan rekenen. Bij het rekenen stuiten leerlingen al snel op grenzen en het opstellen van een fysisch model voor een complexe situatie is dan ook vaak niet erg lonend. In de onderwijsmodulen “computerondersteund modelleren” van de Universiteit Utrecht wordt de computer ingezet voor het rekenwerk aan dynamische verschijnselen: daardoor komen niet alleen ingewikkelder vraagstukken binnen bereik, maar ontstaan er vooral ook meer mogelijkheden om leerlingen zelf modellen te laten ontwerpen en beoordelen.
Achtergrond
Hoewel er al bijna 20 jaar “leerlingvriendelijke” modelleersoftware op de markt is, vinden computermodellen slechts langzaam hun plaats in het middelbaar onderwijs. Een van de oorzaken daarvoor is dat er weinig geschikt onderwijsmateriaal was. In een langlopend traject ontwikkelt het Centrum voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen daarom een reeks onderwijsmodulen, in eerste instantie bestemd voor 5 en 6 VWO NG/NT.
Ons belangrijkste leerdoel is dat leerlingen computerondersteund modelleren leren kennen als een krachtige oplosmethode voor vragen over dynamische verschijnselen. Dat wil zeggen dat ze:
- situaties herkennen waar een computermodel handig kan zijn
- in staat zijn een (eenvoudig) modelleerprobleem te definiëren, het benodigde model te ontwerpen, bouwen en testen en de uitkomsten te evalueren
- inzicht hebben in de mogelijkheden en beperkingen van computermodellen (inclusief bronnen van onzekerheid en grenzen aan de voorspelbaarheid)
Dat is een ambitieus doel dat alleen haalbaar is als modelleren een systematisch terugkerend onderwerp wordt in het curriculum; niet als los onderwerp, maar als centrale methode die bij allerlei onderwerpen terugkeert, liefst niet alleen bij natuurkunde, maar ook bij biologie, scheikunde en wiskunde. Vanuit die optiek ontwikkelen we onderwijs voor al deze vakken, waarbij we streven naar “eenheid in verscheidenheid”, bijvoorbeeld door het gebruik van gezamenlijke software en terminologie. Gezien het groeiend gebruik van onze materialen in de praktijk en gezien de ontwikkelingen in de curriculum-vernieuwingscommmissies lijkt deze aanpak weerklank te vinden.
Software
Er is een groot aantal modelleerprogramma’s op de markt, en ieder programma kent zijn aanhangers. Voor gebruik op school is in ieder geval van belang dat één programma de meeste toepassingen dekt, dat leerlingen er snel mee uit de voeten kunnen, dat de gemaakte modellen snel inzichtelijk zijn (ook voor anderen dan de makers). Gegeven deze voorwaarden kwamen wij uit bij een “systeemdynamische” modelleeromgeving. Een implementatie daarvan is te vinden in de (gratis) demo-versie van Powersim die wij gebruiken; alternatieven zijn de modelleeromgeving van Coach.
Zelf aan de slag en ondersteuning
De benodigde software, handleiding en andere leerlingmaterialen zijn voor iedereen beschikbaar op de modelleersite van het Centrum voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen. Daar vindt u ook achtergrondinformatie, zoals een vergelijking met alternatieve modelleerprogramma’s, een indruk van beroepsperspectieven etc. Een actueel overzicht van de beschikbare onderwijsmodulen vindt u op onze site.
Op het moment van schrijven zijn voor natuurkunde beschikbaar:
- Mechanica: Een sportieve Beweging (evt. ook geschikt voor zelfstudie)
- Klimaat: Voorspellen is lastig, vooral de toekomst
- Radioactief verval: Eeuwenlang meten?
- Project Systeem aarde: open opdrachten rond het thema klimaat (evt. geschikt als praktische opdracht)
Bovendien zijn er modulen in voorbereiding voor de nieuwe vakken NLT en Wiskunde D die ook bruikbaar kunnen zijn voor natuurkunde. Bij de meeste modulen horen aanvullende materialen voor de docent (docentenhandleiding en/of antwoordmodellen). Docentenmaterialen en de aanvullende pagina’s met lesideeën en voorbeeldmodellen zijn alleen toegankelijk voor geregistreerde docenten. Het contactadres voor registratie en voor verdere vragen of opmerkingen vindt u eveneens op onze site.
Informatie voor leerlingen over computermodelleren vindt u hier.
