Dit lesarrangement gaat over de didactiek van warmte en temperatuur. Leerlingen praten veel over warm, warmte, heet, koude en temperatuur. Maar wat bedoelen ze nu als ze die woorden gebruiken en is dat hetzelfde als dat wij als natuurkundigen of scheikundigen met die woorden bedoelen? In dit leerarangement gaan we op die vragen in.
Dit arrangement is bedoeld van studenten aan het begin van hun opleiding. Het materiaal kan zo als afgerond arrangement ingezet worden, maar de lerarenopleider daarnaast ook uitgenodigd om het materiaal kritisch te bekijken en naar eigen inzicht in te zetten. Bij studenten met meer ervaring in het onderwijs zou een vrijere opzet wellicht beter werken.
We reiken de studenten in dit arrangement mogelijkheden aan om met leerlingen aan de concepten warmte en temperatuur te werken en gaan in op de denkbeelden die leerlingen hebben.
Naast het leerarrangement zijn er twee bijlagen gegeven:
Bijlage 1 bevat een overzicht van demonstratiepractica bij Warmte en Temperatuur
Bijlage 2 bevat een overzicht van enkele werkvormen die typisch passen bij onderwijs over dit onderwerp.
2. Opdrachten
Vooraf
Opdracht 1
Het deel Video's: vragen en interviews is ingedeeld per onderwerp. Telkens wordt een vraag gesteld in een video door Peter Duifhuis en daaronder staan interviews met leerlingen die vragen beantwoorden die daarbij aansluiten.
Kies tenminste twee onderwerpen uit en bekijk daarvan alleen nog de vragen, dus telkens het eerste filmpje. De interviews bekijken we straks.
Beantwoord de vraag die in deze filmpjes worden gesteld.
Benoem de concepten met betrekking tot warmte en temperatuur die in deze filmpjes aan de orde komen.
Bestudeer theorie over de begrippen pre- en misconcepten en/of leerlingdenkbeelden. Kijk daarvoor bij de bronnen.
Noteer vervolgens het antwoord op de volgende vragen:
Leg het begrip misconcept uit in je eigen woorden.
Bestaat er verschil tussen de begrippen preconcept en misconcept?
Zo nee, welk woord past het beste?
Zo ja, wat is dan het verschil?
Kun je aangeven wat de oorsprong is van leerlingdenkbeelden? Leerlingdenkbeelden kunnen zowel preconcepten, misconcepten als fysisch juist geachte denkbeelden zijn.
Welke werkvormen of activiteiten kom je in de literatuur tegen om de leerlingdenkbeelden meer te laten aansluiten bij de wetenschappelijke denkbeelden?
Bekijk bijlage 1 (Demonstatiepractica) en bijlage 2 (Werkvormen). Kies een filmpje of werkvorm uit en geef aan hoe deze bijdraagt aan het zichtbaar maken van of verhelpen van misconcepten.
Hoe kun je de beginsituatie van de leerlingen met betrekking tot een onderwerp als warmte en temperatuur zichtbaar maken?
Opdracht 4
We gaan nu bij Video's: vragen en interviews kijken naar fragmenten uit interviews met leerlingen over de gekozen onderwerpen. De leerlingen zijn van een brugklas gymnasium en hebben nog geen les gehad over warmte en temperatuur.
Noteer de misconcepten die je in tenminste drie filmpjes tegenkomt.
Probeer vanuit de leerling te denken: welk idee hebben ze over warmte en/of temperatuur, waardoor ze die antwoorden geven?
Opdracht 5
Bedenk een werkvorm die je in wil zetten om een of meerdere misconcepten te adresseren.
Motiveer waarom je juist deze werkvorm in wil zetten.
In college (1)
Jullie hebben conceptmaps gemaakt.
Vergelijk deze conceptmaps met elkaar en pas eventueel je eigen conceptmap aan op grond van verkregen inzichten..
Jullie hebben zelf antwoord gegeven op een paar van filmpjes met vragen en ook filmpjes van leerlinginterviews gezien
Bespreek de antwoorden die jullie zelf gegeven hebben
In hoeverre zitten daar nog misconcepten tussen? Waar komen die misconcepten dan vandaan?
Help elkaar de wetenschappelijk verantwoorde antwoorden te vinden.
Welke misconcepten hebben jullie in de interviews gevonden?
Bediscussieer waar die denkbeelden mogelijk hun oorsprong vinden.
Je docent gaat verder in op de door jullie bestudeerde theorie over misconcepten en erbij passende leeractiviteiten en werkvormen. Hier komen de door jullie gemaakte opdrachten aan de orde.
Verwerking, thuis en op school
Ontwerp een les over een van de getoonde onderwerpen uit de filmpjes of een ander misconcept dat je in de literatuur bent tegengekomen.
Geef aan hoe je bij de leerlingen nagaat in hoeverre ze de stof beheersen: hoe breng je de beginsituatie in kaart?
Verantwoord vanuit de theorie op wat voor manier en met welke activiteiten je gaat proberen de leerlingen een fysisch meer juist beeld van warmte en temperatuur te geven.
Geef aan hoe je aan het einde van de les de leeropbrengst evalueert.
Voer de les uit.
Evalueer je les.
Welke misconcepten heb je opgemerkt bij de leerlingen? Kwam dat overeen met je verwachting?
In hoeverre maakte jouw interventie de misconcepten voor leerlingen zichtbaar?
In hoeverre droeg jouw interventie bij aan een meer fysisch beeld van de werkelijkheid?
Wat heb jij nu precies gedaan om dit resultaat te bereiken?
In college (2)
Jullie hebben de les gegeven en geëvalueerd.
Bespreek in de groep met je docent de verworven inzichten.
3. Video's: vragen en interviews
Het verschil tussen warmte en temperatuur
Vraag
Interview
Warmte en temperatuur voelen
Vraag
Interview
Isoleren
Vraag
Interview
Smelten
Vraag
Interview
Werking van een thermometer
Vraag
Interviews
4. Bronnen
Misconcepten bij warmte en temperatuur
1) Berg, de , K.C.(2008) . The concepts of heat and temperature: The problem of determining the content for the construction of an historical case study which is sensitive to nature of science issues and teaching learning issues. Science & Education ,17, 75–114. doi: 10.1007/s11191-006-9040
2) Hye-Eun Chu, David F. Treagust, Shelley Yeo & Marjan Zadnik (2012). Evaluation of Students’ Understanding of Thermal Concepts in Everyday Contexts. International Journal of Science Education, 34,10, 1509-1534. doi: 10.1080/09500693.2012.657714
3) Driver, R. e.a. (1994). Heating. In A. Squires, R. Driver and P. Rushworth (Eds.), Making sense of secondary science: Research into Children’s ideas (pp. 305-317). New York, London: Routledge
4) Hidden, F., Boomsma, J., Schins, A., Berg, E. van den (2012). Cappuccino and specific heat versus heat of vaporization. The Physics Teacher, 50(2), 103-104.
5) Lewis, E.L., Linn, M.C. (1994, 2003). Heat Energy and Temperature Concepts of Adolescents, Adults, and Experts: Implications for Curricular Improvements. Journal of Research in Science Teaching 31, 6, 657-678. doi:10.1002/tea.10093
6) Lewis, E.L., Linn, M.C. (1994, 2003). Heat Energy and Temperature Concepts of Adolescents, Adults, and Experts: Implications for Curricular Improvements. Journal of Research in Science Teaching 40, S155-S175. doi:10.1002/tea.10093
7) Frederik, I. & Valk van der, T. (2002).Temperatuur en warmte in de natuur en scheikunde boeken voor de basisvorming. NVOX5, 237-241. Retrieved from http://www.ecent.nl/servlet/supportBinaryFiles?referenceId=3&supportId=2287
8) Vonk, R. (2013). Temperatuuralarm: Ontwerp, bouw en verbeter de schakeling uit het vwo-examen 2010. NVOX 38(6),274-276. Retrieved from https://www.nvon.nl/nvox/artikel/temperatuuralarm
10 ) Yeo, S.& Zadnik, M. (2001). Introductory Thermal Concept Evaluation: Assessing Students’ Understanding. The Physics Teacher, 39, 496-504. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/243715427_Introductory_thermal_concept_evaluation_Assessing_students'_understanding
Algemene Literatuur over oorsprong (mis)concepten en aanpak ervan
1 ) Baser, M. (2006) Fostering conceptual change by cognitive conflict based instruction on students’ understanding of heat and temperature concepts. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 2 (2), 96-114. Retrieved from http://www.ejmste.com/com20062.aspx
2) Vegting, P.(1988). Zijn misconcepties "mis"-concepties? NVOX 13(4),134-137
3) Anderson, C. W., & Roth, K. J. (in press). Teaching for meaningful and self-regulated learning of science. In J. Brophe (Ed.), Teaching for meaningful and self-regulated learning. Greenwich, CT: JAI Press.
4) Driver, R. (1983). The pupil as scientist? Milton Keynes, England: The Open University Press.
5) Driver R., & Erickson, G. (1983). Theories-in-Action: Some theoretical and empirical issues in the study of students' conceptual frameworks in science. Studies in Science Education, 10, 37-60.
6) Driver, R., Guesne, E., & Tiberghien, A. (1985). children's ideas in science. Philadelphia, PA: Open University Press.
7) Gilber, J. K., & Watts, D. M. (1983). Concepts, misconceptions and alternative conceptions: Changing perspectives in science education. Studies in Science Education, 10, 61-98.
8) Osborne, R., & Freyberg, P. (1985). Learning in science: The implications of children's science. Portsmouth, NH: Heinemann.
9) Piaget, J. (1929/1969). The child's conception of the world. Totowa, NJ: Littlefield, Adams, & Co.
10) Posner, G. J. Strike, K. A., Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 66, 211-227.
11) West, L. H., & Pines, A. L. (eds.). (1985). Cognitive structure and conceptual change. Orlando, FL: Academic Press.
5. Suggesties voor de lerarenopleider
Hierboven staat een mogelijke aanpak van de materialen die we hier in de vorm van filmpjes en literatuur en webverwijzingen geven.
Dat is zeker niet de enige aanpak, voel u vrij om uw eigen weg te vinden.
Een korte omschrijving van onze aanpak
De studenten bereiden zich thuis voor door
de vragen uit filmpjes te beantwoorden,
zelf een conceptmap te maken van warmte en temperatuur,
Theorie over misconcepten en activiteiten die je kunt gebruiken om daar als docent mee om te gaan te bestuderen
uit een interview met leerlingen de mis- of in dit geval preconcepten te destilleren
In een college gaan de studenten dan aan de slag om
hun eigen antwoorden met elkaar te bespreken en daarna ook te kijken welke misconcepten uit de interviews gehaald zijn
De gemaakte conceptmaps te vergelijken met elkaar en die van henzelf te verbeteren, met als doel de kennis van warmte en temperatuur op peil te krijgen.
Met elkaar te overleggen over mogelijk in te zetten werkvormen
De studenten moeten daarna een lesplan maken, de les geven en deze evalueren
verantwoorden van de keuzes van activiteiten en werkvormen, waarom denken ze dat die werken?
evaluatie van de gegeven lessen
was deze effectief?
verworven inzichten
Overwegingen
Het uitvoeren van een les moet natuurlijk mogelijk zijn in de lespraktijk van de docent. Het is het overwegen waard om het dit lesontwerp als een vingeroefening te beschouwen en de student de opdracht te geven een les te ontwerpen en uit te voeren rondom misconcepten bij stof die op dat moment behandeld wordt op school.
Bijlage 1: Demonstratieproeven bij Warmte en Temperatuur
Hieronder volgt een overzicht van demonstratiepractica die met name geschikt zijn voor het tweedegraadsgebied. De practica zijn doorgaans uit te voeren met eenvoudige materialen. Dit vormt onderdeel van een proevenboek dat voor zowel de Surinaamse als Nederlandse lespraktijk is ontwikkeld.
Van elke proef zijn video's gemaakt:
Uitvoering van de proef
Praktische aanwijzingen
Didactische aanwijzingen
Daarnaast zijn de video's voorzien van een begeleidende tekst en geplaatst op de site van de NVON.
Op het moment van dit schrijven zijn de video's nog in nabewerking. In de derde kolom van onderstaande tabel wordt verwezen naar de laatste versie van het materiaal, indien er links zijn opgenomen. De laatste versie van de video's zal te vinden zijn via de site van de NVON.
Cognitief Conflict Onderzoeken: temperatuur meten van koud aanvullend voorwerp (bv metaal) en warm aanvoelend voorwerp. (Baser, 2006; Veritasium). IJs laten smelten op beide oppervlakken (Veritasium).
Experiment
Concept cartoon
Een gesprek op gang brengen met betrekking tot isolatie.
Begripspracticum - Drie bakjes water
Cognitief conflict Onderzoeken: drie bakjes water (0 gr C, 20 gr C en 40 gr C). Handen in extremen, dan in de middelste. Waarom voelt dit anders aan? (Baser, 2006).
Begripspracticum - warmtegeleiding meten
Zilveren en koperen staafje (of andere materialen) tegen de verwarming houden, in vaste intervallen (bv 20 s) aan het object voelen / temperatuur meten. (Baser, 2006)
Het arrangement Didactiek van Warmte en Temperatuur is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Professionaliseringsmodule voor leraren natuurkunde. Dit project is uitgevoerd in het kader van de stimuleringsregeling Open en online onderwijs 2016 van het ministerie van OCW en SURF. Dit arrangement is ontwikkeld door Suzanne Calabretta (Fontys), Peter Duifhuis (HU), Ad Mooldijk (UU)
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Professionaliseringsmodule voor leraren. Dit project is uitgevoerd in het kader van de stimuleringsregeling Open en online onderwijs 2016 van het ministerie van OCW en SURF. Samenstellers: Suzanne Calabretta-Jongen (Fontys), Ad Mooldijk (UU) en Peter Duifhuis (HU).
Professionaliseringsmodule voor leraren. Dit project is uitgevoerd in het kader van de stimuleringsregeling Open en online onderwijs 2016 van het ministerie van OCW en SURF. Samenstellers: Suzanne Calabretta-Jongen (Fontys), Ad Mooldijk (UU) en Peter Duifhuis (HU).
