‘Bij het vak natuurkunde is de band met de werkelijkheid vaak verdwenen,’ zegt Onne van Buuren, docent natuurkunde op het Haagse Montessori Lyceum en het Metis Montessori Lyceum in Amsterdam. Eerder ontwierp hij een leerlijn modelleren voor de onderbouw van havo/vwo, die hij vervolgens testte in zijn promotieonderzoek. Nu trekt hij de leerlijn door naar klas vier van havo/vwo binnen het project Postdoc VO dat gecoördineerd wordt door het Freudenthal Instituut.
‘Natuurlijk gaat natuurkunde over de werkelijkheid. Maar de sommen in de lesmethoden zijn vaak niet realistisch. Een enkele leerling kent de praktijk en ziet dat het niet kan. Maar er zijn ook leerlingen die de werkelijkheid negeren: ze weten wel dat het niet klopt, maar doen er niets mee.’
Van Buuren heeft ook wel een voorbeeld. ‘Een bekende opgave is die van twee voorwerpen met verschillende massa die je tegelijk laat vallen. Komen ze tegelijk op de grond? Ieder klein kind zal “nee” zeggen. Maar nadat je een flinke portie natuurkunde hebt gehad en hebt geleerd over de vrije val, weet je dat je “ja” hoort te zeggen. Terwijl de vrije val maar een benadering is die alleen geldt als er wordt voldaan aan bepaalde voorwaarden.’
Modelleren kan uitkomst bieden volgens Van Buuren. ‘Modelleren begint met een realistische situatie die je wilt onderzoeken. Je wilt een theorie testen of een probleem in die situatie oplossen. Eerst analyseer je de werkelijke situatie grondig, daarna destilleer je er de belangrijke factoren uit en vervolgens maak je er een model van.’ Dankzij dat model kunnen leerlingen bijvoorbeeld animaties, grafieken of tabellen maken. ‘Vervolgens vindt de evaluatie plaats: het vergelijken met experimentele data, waardoor je het model langzaam maar zeker kunt verbeteren en het uiteindelijk kunt gebruiken om een probleem op te lossen, dingen te onderzoeken of te testen zonder dat je het in de praktijk hoeft te doen.’
Tijdens dit proces is de leerling voortdurend bezig met de verbinding tussen model en werkelijkheid. ‘Je switcht tussen werkelijkheid en model heen en weer. Zo wordt de relatie tussen natuurkunde en werkelijkheid duidelijker.’
Volgens Van Buuren kun je het beste al in de onderbouw starten met modelleren. ‘Modelleren is een vaardigheid op zich. Het is best moeilijk. Vaak wordt onderschat hoeveel moeilijkheden leerlingen ermee hebben. Je kunt niet eventjes in 6 vwo wat gaan doen met modellen.’
De winst is groot, aldus Van Buuren. ‘Voorheen was het idee: je hebt een sterk vereenvoudigde weergave van een situatie waarin je iets moet uitrekenen. Bijvoorbeeld de snelheid waarmee een vallende bal de grond raakt. Daar komt één getal uit. De rekenvaardigheid staat centraal. Als je gaat modelleren, gaat het meer over hoe een systeem werkt en wat de verbanden zijn tussen grootheden. Je bestudeert bijvoorbeeld eerst het gedrag van een vallend balletje mét luchtweerstand, en gaat eigenschappen daarvan onderzoeken. De vrije val is dan slechts een speciaal geval. Aangezien je dankzij modelleren veel complexere situaties aankunt, kun je situaties realistischer maken. Je komt dus op een hoger niveau van natuurkunde.’
Dit artikel verscheen in de special Gek op kennis, Didactief januari 2018. Deze special is gemaakt in opdracht van en met een financiële bijdrage van het Freudenthal Instituut, Universiteit Utrecht.
En blijf op de hoogte van onderwijsnieuws en de nieuwste wetenschappelijke ontwikkelingen!
Inschrijven
