Post on 08-Jun-2015
Nascholing Quantumwereld Bijeenkomst 1, Amsterdam 21 januari 2013
Tous Spuijbroek en Lodewijk Koopman
met dank aan Stichting IOBT
Leerdoelen cursus
Drie niveaus:
I. Leerlingennoodzaak voor QM inzien (wereldbeeld), verschijnselen begrijpen met behulp van QM, toepassingen van QM leren kennen en begrijpen
II.DocentenI + wendbaar in kunnen spelen op vragen van leerlingen, boven de vakinhoud staan, beargumenteerde keuze maken voor de te volgen didactiek
III.Docenten van de docentenI + II + opdoen van mogelijkheden voor inhoud en vorm van een bijscholingscursus voor docenten
Overzicht eerste bijeenkomst
• Doelen, overzicht cursus, kennismaken• Perspectieven op quantum onderwijs• NiNa module Quantumwereld
Diner• Boeken• Toepassingen: camera’s,
elektronenmicroscoop• De golffunctie• Vragen en vooruitblik
Vier bijeenkomsten
1) (21 jan.) perspectieven, didactiek, golffunctie, quantum boeken, toepassingen
2) (30 jan.) vervolg golffunctie, tunneling, proeven in de klas
3) (12 feb.) spectra, vaste stoffen en halffgeleiders, gebruik van applets, quantum opgaven (computerlokaal)
4) (4 mrt.) verband quantum-klassiek, interpretatie, toetsing
Afsluitende toets op 13 maart
Quantum in Nina
Domeinen met quantum: Medische beeldvorming (B2)
emissie en absorptie van e.m. straling, fotonen, α-, β, γ-straling, verval van kernen, MRI en PET-scan
Elektromagnetische straling en materie (E2)atoommodel Bohr, spectraallijnen, planck-krommen, zwarte stralers
Kern- en deeltjesprocessen (E3, SE/keuze)“equivalentie massa en energie, beschrijven en analyseren van deeltjes- en kern-processen”
Belangrijke voorkennis
NiNa-domeinen: Informatieoverdracht (B1)
trillingen en golven, superpositie, interferentie, staande golven
Kracht en beweging (C1)impulsbegrip (geschrapt in laatste versie syllabus)
Energie en wisselwerking (C2)energiebegrip
Wat maakt Quantum moeilijk?
Beschrijft een wereld buiten onze zintuiglijke waarneming
Classificatie van leerproblemen
gebrek invoorkennis
“misconcepties”
hiaat voorkennis gefragmenteerdevoorkennis
ontologisch pedagogisch
Taber (2005)NiNa-domeinen B1, C1 en C2
vakdidaktiek quantummechanica
“Misconcepties”
Ontologisch: leerlingen hebben een bepaalde intuïtie over de wereld om hen heen die onterecht wordt toegepast in het nieuwe domein.
Pedagogisch: als een resultaat van eerder onderwijs hebben leerlingen (bedoeld en onbedoeld) bepaalde ideeën ontwikkeld die niet kloppen met het nieuwe domein.
Het begrip “misconceptie”
Een misconceptie zou als volgt (losjes) gedefinieerd kunnen worden:
Een misconceptie is een cognitief schema dat 1) is ontstaan door een (beperkte) ervaring en 2) buiten het domein van die ervaring wordt toegepast
Voorbeeld: “Constante kracht: constante snelheid”
Misconcepties golf-deeltjedualiteit
foton golftherkomst: licht is “ruimtelijke” trilling(Steinberg, 1999; Olson, 2002)
elektronen blijven voornamelijk deeltjes, fotonen zijn duaal (Olson, 2002)
de Broglie-golflengte is vaste eigenschap van een quantum deeltje, varieert niet met impuls (Vokos, 2000)
Voorbeeld uit mijn eigen onderzoekna afronding eerstejaarsvak Quantumchemie
Perspectieven op de quantumwereld
Algemeen rijtje perspectieven:• Vakstructuur• Begrip van het dagelijks leven• Techniek en toepassing• Maatschappelijke vraagstukken• Ontwikkeling van ideeën (filosofisch, historisch)
Thuisopdracht
Bedenk een opzet voor een eerste les in 6 VWO over het golf-deeltjesdualisme
● wissel in tweetallen het lesidee uit● in welk perspectief past deze “eerste les”?● kies het “beste” lesidee en wissel met ander
tweetal uit
Quantum probleemgestuurd
• leerstof wordt aangeboden in de vorm van "open-einde" probleemstellingen
• studenten werken samen• leraren nemen rol aan van "facilitator" van
leren• behandeling in de stappen van de zevensprong
Hoe zou je het lesidee aan kunnen passen om het probleemgestuurd te maken?
Diner
Start om 19.30 uur
Boeken over QuantumQuantics: Rudiments of Quantum PhysicsJ.M. Levy-Leblond, F. Balibar
Quantum PhysicsS. Gasiorowicz
Kwantummechanica, een eenvoudige inleidingP.L. Lijnseonline beschikbaar
De elektronenmicroscoop
q ·U = ½ · m · v2
1,6·10-19 · 105 = ½ · 9,1·10-31 · v2
v = 1,87·108 m/s
λ = h/p = h/mv = 6,6·10-34/(9,1·10-31 · 1,87·108) = 3,9·10-12 m
http://virtual.itg.uiuc.edu/training/EM_tutorial/
Afronden en vooruitblik
Bijeenkomst 2:
- afronden interpretatie Psi, gevolgen, discussie
- tunneling
- bespreken van toepassingen en experimenten voor in de klas
Olsen, R. V. (2002). Introducing quantum mechanics in the upper secondary school: a study in Norway. Int. J. Sci. Educ., 24 (6), 565–574.
Steinberg, R., Wittmann, M. C., Bao, L., & Redish, E. F. (1999, March). The influence of student understanding of classical physics when learning quantum mechanics. In Research on teaching and learning quantum mechanics (41–44). National Association for Research in Science Teaching. Presented at the annual meeting National Association for Research in Science Teaching. http://perg.phys.ksu.edu/papers/narst/QM papers.pdf
Taber, K. S. (2005). Learning quanta: Barriers to simulating transitions in student understanding of orbital ideas. Science Education, 89 (1), 94-116.
Vokos, S., Shaffer, P. S., Ambrose, B. S., & McDermott, L. C. (2000, July). Student understanding of the wave nature of matter: Diffraction and interference of particles. Am. J. Phys., 68 (S1), S42–S51.
Bibliografie