Toelichting natuurkunde
Ter introductie wordt beschreven hoe de hogere denkvaardigheden, analyseren, evalueren en creëren (taxonomie van Bloom) vorm kunnen krijgen bij het vak natuurkunde. Dit gebeurt aan de hand van een voorbeeld.
Bij hogere denkvaardigheden wordt een beroep gedaan op kritisch, logisch, reflectief, metacognitief en creatief denken. Deze vaardigheden worden geactiveerd als leerlingen geconfronteerd worden met nieuwe (en onbekende) informatie, met onbekende problemen, met onzekerheden of dilemma's.
Voorbeeldopdracht: een les in het kader van het begrip ´dichtheid´
De leerlingen lezen een tekst over lichte en zware stoffen, over massa en volume, over eerlijk vergelijken, nemen kennis van de definitie van dichtheid, de betekenis van dichtheid en de mogelijkheid dichtheid te bepalen met de formule dichtheid = massa / volume, of: ρ = m/v. Daarna wordt een voorbeeld gegeven van hoe je door het toepassen van de formule kunt bepalen van welke stof een voorwerp (bijvoorbeeld een armband) is gemaakt. Vervolgens voeren de leerlingen een proefje uit waarmee zij van diverse voorwerpen de dichtheid berekenen door massa en volume te meten met maatcilinder en balans. Datzelfde herhalen zij voor een aantal vloeistoffen. Hierna worden de opgaven uit het werkboek gemaakt.
Met deze kennis wordt vervolgens het verband uitgelegd tussen dichtheid en de verschijnselen zinken, zweven en drijven, met als rode draad de windsurfplank. Aan het eind wordt de vraag gesteld: Hoeveel gewicht kan een windsurfplank dragen voor hij zinkt?
Als de les op deze manier wordt aangepakt is er met name sprake van reproduceren, memoriseren en toepassen van kennis.
Wil men meer een beroep doen op hogere denkvaardigheden, dan zou het begrip ´dichtheid´ op de volgende manier aangeboden kunnen worden:
Windsurfen
Ontwerpers van windsurfplanken experimenteren steeds met nieuwe materialen. Een eis is dat een surfplank moet blijven drijven. Maar hoe kun je dat bepalen?
De windsurfplank is zo'n veertig jaar geleden ontwikkeld. Sinds die tijd is het basisontwerp niet veranderd. De materialen waarvan de surfplank wordt gemaakt, moeten echter aan allerlei eisen voldoen. Een surfplank moet blijven drijven als er iemand bovenop staat. Dat heeft gevolgen voor de materiaalkeuze.
Opgave 1
In advertenties staat meestal dat een surfplank een bepaald volume en een bepaalde massa heeft. Hoe kun je bepalen hoeveel gewicht de plank kan dragen voor hij zinkt? Van welk materiaal kan zo'n surfplank gemaakt zijn? Gebruik bij de beantwoording een concrete surfplank als voorbeeld en beschrijf met de juiste natuurwetenschappelijke begrippen, taal en notatie hoe je tot een antwoord bent gekomen.
Het volume van de surfplank wordt ook wel de maximale waterverplaatsing genoemd, bijvoorbeeld een surfplank duwt 200 dm3 water opzij als hij helemaal in het water zit.
Kun je datzelfde zeggen voor een boot? Zo ja, hoe zit dat dan precies?
Opgave 2
Een ijzeren roeiboot heeft een bepaalde massa en een bepaalde waterverplaatsing. Hoeveel mensen van bijvoorbeeld 70 kg mogen er maximaal in de boot voor hij zinkt? Leg aan de hand van een concreet voorbeeld uit hoe je tot de manier van oplossen en berekenen bent gekomen. Maak daarbij gebruik van de juiste natuurwetenschappelijke begrippen, taal en notatie.
Opgave 3
"Zeilen is een vaardigheid die al bestaat sinds vroege beschavingen en leren zeilen is spannend, uitdagend en de moeite waard. Waarom windsurfen? Omdat je er dan even helemaal 'uit' bent, alles even vergeten kunt, je één bent met de elementen. En omdat het leuk is om te kijken en te vragen hoe anderen bepaalde moves maken."
Maak een vergelijking tussen surfen (ook wind- en kitesurfen) en zeilen(allerlei vormen) op basis van een aantal zelfgekozen criteria. Betrek bij die vergelijking ook aspecten van sportiviteit, technologische ontwikkeling, veiligheid en duurzaamheid. Geef het resultaat weer in een korte presentatie of in de vorm van een poster of anderszins. Bronnen:
Hogere denkvaardigheden in relatie tot natuurkunde
Bij de opgaven is sprake van hogere denkvaardigheden. Ze hebben betrekking op transfer, de leerlingen moeten verworven kennis (over massa en volume) toepassen in een nieuwe situatie (drijven, maar ook impliciet zinken en zweven). Verder wordt een beroep gedaan op kritisch denken. Het antwoord op de vraag kan niet zomaar in de tekst van het lesboek worden gevonden; van leerlingen wordt gevraagd om zelf tot antwoorden te komen. Daarnaast wordt geappelleerd aan hun probleemoplossend vermogen. Leerlingen moeten zich afvragen welke criteria er zijn voor drijven, en hoe het komt dat bepaalde materialen drijven en andere zinken of zweven.
Analyseren
De opgave 'Hoeveel gewicht kan een surfplank dragen voor hij zinkt?' is een analysevraag. Bij analyseren gaat het om het opdelen van materiaal in zijn samenstellende delen en om het bepalen van de relatie(s) tussen deze (onder)delen en de relatie(s) met een overkoepelende structuur. Bij de genoemde opgave moeten leerlingen al opgedane kennis kunnen oproepen om met behulp daarvan informatie uit (verschillende) bronnen te kunnen selecteren en die vervolgens te kunnen vergelijken, ordenen of er patronen in aan te geven. In het geval van de geciteerde opgave gaat het om het zoeken naar een relatie tussen massa en volume, waarmee drijven, zinken en zweven kan worden verklaard.
Evalueren
De opgave 'Maak een vergelijking tussen surfen (ook wind- en kitesurfen) en zeilen (allerlei vormen) op basis van een aantal zelfgekozen criteria' wordt getypeerd als een evaluatie-opdracht. Bij evalueren moeten leerlingen een beargumenteerd oordeel geven of een een met redenen omklede waardering.
Creëren
Bij de opgave 'Hoeveel mensen mogen er maximaal in een boot voor hij zinkt?' gaat het erom dat leerlingen gebruik maken van bestaande kennis. Daarmee moeten zij iets nieuws tot stand brengen. De kennis over dichtheid kan niet één op één getransfereerd worden. Bij een boot moet het inzicht ontstaan dat de zogenaamde 'gemiddelde dichtheid' de verklaring is voor een boot die blijft drijven. Op deze manier wordt een dimensie aan het begrip ´dichtheid´ toegevoegd. Hier zou ook een daadwerkelijke ontwerpopdracht niet misstaan. Bijvoorbeeld: ontwerp een (zeil)boot voor twee personen met goede vaareigenschappen.