Ed van den Berg AMSTEL UvA e.vandenberg@uva.nl Begrip is wat overblijft wanneer de feiten zijn vergeten Resultaat van 30 jaar onderzoek naar leren en begrip Ed van den Berg AMSTEL UvA e.vandenberg@uva.nl

Poincaré Natuurwetenschap is gebouwd met feiten, net zoals een huis gebouwd is met stenen. Maar een collectie van feiten is net zo min natuurwetenschap als een stapel stenen een huis is.

De kracht van begrippen : Vallend ei voorbeeld Trial and error of basisbegrippen? Remweg  (½ mv2) = F. s Of remtijd:  (mv) = F. t Spreiding van kracht

Verbreding Veiligheidsgordel Kreukelzone Helm Basketbal Voetbal Boksen

Private Universe Harvard studenten tijdens diploma uitreiking Geinterviewed over de oorzaak van seizoenen Zoek op internet The Private Universe

Voorbeelden

Ordenen van kleinst naar grootst b) 0.3 0.1 0.6 c) 0.55 0.8 0.14 d) 168 97 201 e) 0.37 0.1 0.23 f) 0.65 19 8.7 g) 0.07 0.23 0.1 h) 0.438 0.4 0.44 Welke opgaven zijn het moeilijkst en waarom?

Ordering Decimals Correctly Percentage Correct De Opgaven 2de 4de a) 6 9 5 97.4 98.6 b) 0.3 0.1 0.6 88.0 91.8 c) 0.55 0.8 0.14 16.3 25.8 d) 168 97 201 95.2 97.9 e) 0.37 0.1 0.23 84.3 85.6 f) 0.65 19 8.7 50.0 67.7 g) 0.07 0.23 0.1 17.5 40.2 h) 0.438 0.4 0.44 9.4 18.6

Decimal Point Ignored (DPI) 62.2% 41.6 61.9 68.9% 63.1 74.1 0.8 0.14 0.55 0.1 0.07 0.23 0.4 0.44 0.438 4de klas 2de klas Kleinste -Grootste Internationaal: TIMMS 24% 6 mogelijke volgorden, maar een is dominant Systematische fout!

Stuiterende bal Kracht versus impuls Impetus idee ook bekend van Aristoteles

Essentie van Lens Elk punt van lens ontvangt lichtstralen van elk punt van het voorwerp Uiteindelijk komen alle lichtstralen weer in een punt: beeldpunt PhET applet

Erfelijkheid

Lijstje Constante snelheid vereist constante netto kracht (ΣF = mv ipv ΣF = ma) Constante spanningsbron wordt gezien als bron die constante stroom geeft Stroom consumptie Ogen werken als radar (ook Euclides) Lichtsnelheid afhankelijk van kleur en hindernissen Golfsnelheid afhankelijk van frequentie

Misconcepties/preconcepties “Alternatieve” conceptuele voorstellingen met consistentie over situaties In alle gebieden van de schoolnatuurkunde Wereldwijd: onafhankelijk van taal, cultuur Soms ook in geschiedenis terug te vinden

Voorbeelden van werken aan misconcepties

POE van elektrische stroom lamp + I1 battery Consumptie model - I1 > I2 I2

Noodzaak voor model

Stroomkring animaties Duynstee Let op, gemaakt voor positieve ladingen ipv elektronen Apparaat

Chinn & Brewer 1993 Wat doen wetenschappers en kinderen met afwijkende gegevens? Metingen over doen Negeren Wegmoffelen Als apart geval wegzetten Theorie aanpassen

Lokaal of Sequentieel denken Begin: I1 > I2 36% I1 < I2 8% I1 = I2 57% Na verkleining R I1 verandert niet 64% I1 wordt groter 28% I1 wordt kleiner 8%

Concept cartoons Redeneren met bewijsmateriaal

Benaderingen Confrontatie, vervangen van misconcepties….”bekering” Predict-observe-explain, etc. Ondersteun met visualisatie, analogie, model Uitgaan van voorkennis en preconcepties en uitgekiende leerstrategie opzetten: “evolutie” Metacognitie…..bewust leren

Conceptuele ontwikkeling Voorkennis inclusief preconcepties is vertrekpunt Nieuwe informatie wordt door voorkennis geinterpreteerd, dus vaak misinterpretatie Vervangen van misconcepties blijkt niet goed te werken Conceptuele ontwikkeling vereist andere manier van leren Ontwikkeling volgen!

Onderwijzen en Leren INTERACTIE Leren is constructie, NIET kopiëren Constructie gaat vaak fout Continu monitoren is essentieel INTERACTIE

Diagnostische Toetsing Toetsing/meting TIJDENS het leerproces om leren en onderwijzen bij te sturen Grote leereffecten indien op de juiste manier gebruikt Moet niet-evaluatief (geen cijfer) Moet zinvol zijn voor leerling Moet snel zijn, dus gedurende het leren

Diagnose en feedback zijn essentieel voor leren en onderwijzen Hoe kan dit worden gedaan zonder nakijkwerk? Snelle feedback methoden!

Hoe kun je begripsconstructie volgen in echte klassen?

Volg begripsvorming in de klas: grafieken maken In het gegeven coördinatensysteem, schets de grafieken van: 1. f1(x) = x 2. f2(x) = 2 x 3. f3(x) = ½ x 4. f4(x) = ½ x -2 5. f5(x) = -x f(x) x

De grafieken f2(x) = 2x f1(x) = x f(x) f3(x) = ½ x x

Eerste interventie f(x) x

Werkwijze Zorg eerst dat iedereen aan het werk is Ga rond en zie 15 - 20 grafieken in een minuut Interview één of twee leerlingen over hun grafieken Desnoods even uitleg voor die twee Plenaire follow-up en volgende taak

Voorbeeld: Krachtendiagrammen

Voorbeeld: Krachtendiagrammen Fearth on rock F string 1 on rock F string 2 on rock 1 2

Afspraken Veranker krachten in het object waar ze op werken Label bv. Ftafel op boek (normaal kracht) Maak verschil tussen krachten, componenten, en resultanten door verschillende pijlen. Evenzo voor v, a, p

Teken en label de krachten

Correcte en “alternatieve” resultaten Populaire fout

Zwart: leerling Rood: docentcorrectie Leerlingvoorbeeld

Teken en label de krachten Val met constante (terminale) snelheid Constante snelheid

Teken en label de krachten

Arafat en Rabin 1. Teken en label de krachten op Arafat 2. Teken en label de krachten op Rabin

Snelle feedback in stappen met verbetering Onderzoek Katrina Emmett in Utrecht, zie artikel in Physics Education

Snelle feedback zonder stappen Onderzoek Katrina Emmett in Utrecht, zie artikel in Physics Education Snelle feedback zonder stappen

Voorbeeld : Kort antwoord of Meerkeuze (leerlingtaal) Wanneer water kookt, dan zijn er grote bellen in het water. Waar bestaan die bellen uit? A. lucht B. stoom C. warmte D. zuurstof en waterstof

VS Intellectual Engagement Grote natuurkunde klassen 1ste jaars studenten, niveau bovenbouw havo/vwo Intellectual engagement Predict-observe-explain demo’s Peer teaching (Mazur) Begripsvragen Tutorials

Peer teaching Klassen van 200 – 300 studenten Voorbereiding met 2 inhoudsvragen en waar heb je moeite mee? Korte mini-lectures Meerkeuzevragen met stemkastjes Onderlinge discussie (peer discussion)

Wat heeft onderzoek opgeleverd? Methoden om begrip te meten Vuilnisbakken vol remediatie modules en onderzoek Beter begrip van natuurkunde (docent, onderzoeker, maar leerling ook??) Aandacht voor begrip in veel leerboeken Metacognitieve strategieen (in gebruik?) Een volle trukendoos: concept cartoons, POE demos, werkbladen, toetsvragen, peer teaching Verschuiving in examens

“Mr. Osborne, may I be excused? My brain is full.”