Naar een informatieoverdracht-practicum voor het NiNa ...

ONDERZOEK VAN ONDERWIJS

Naar een informatieoverdracht-practicum voor hetNiNa-domein “Communicatie: Ver en dichtbij”

Auteur:Harmen DROOGENDIJK

Begeleider:Dr. J.T. VAN DER VEEN

Geluidsbron Filter Modulator

Luidspreker

AudioversterkerDemodulator

Zenden Ontvangen

Oscilloscoop

Augustus 2012

Samenvatting

Eén van de nieuwe onderdelen binnen de Nieuwe Natuurkunde (NiNa) is “Telecommunica-tie”, wat aansluit op het onderdeel “Trillingen en golven”. Voor dit nieuwe onderdeel is in hetkader van dit onderzoek een practicum ontworpen, ontwikkeld en getest. Het practicum isgericht op leerlingen 4 HAVO en bedekt vijf eindtermen die horen bij de NiNa-module “Com-municatie: Ver en dichtbij”. De leerlingen werken bij het practicum aan de hand van eenpracticumhandleiding waarbij ze leren hoe modulatie in de praktijk werkt, welke onderde-len hierbij een belangrijke rol spelen en hoe bepaalde eigenschappen die horen bij amplitudemodulatie (AM) kunnen worden bepaald.

Om het begrip van leerlingen te toetsen nadat ze het practicum hebben uitgevoerd wor-den twee begripsniveaus gehanteerd. Leerlingen op het grondniveau laten zien dat ze overde basis van zenden, ontvangen en modulatie beschikken. Het beschrijvend niveau wordt ge-kenmerkt door het uitleggen van de essentie en het nut van zenden, ontvangen en modulatie.Resultaten van het practicum, dat is afgenomen bij 54 leerlingen 4 HAVO op het Twents Car-mel College (locatie de Thij) te Oldenzaal, laten zien dat leerlingen een redelijk begrip hebbenop het grondniveau en een twijfelachtig begrip op het beschrijvend niveau.

In algemene zin levert het practicum een toevoeging en verbetering op voor het begripsni-veau van leerlingen 4 HAVO voor modulatie en informatieoverdracht (zenden en ontvangen).Leerlingen laten met de gestelde regeling voor het practicumcijfer allemaal een voldoendezien, waarvan de meeste leerlingen een ruime voldoende of meer. Op basis van een practicu-manalyse kan worden gesteld dat het practicum op basis van effectiviteit een positief oordeelkrijgt. Daarnaast geven ook de leerlingen aan het een leuk én leerzaam practicum te vinden.

iii

Inhoudsopgave

Samenvatting iii

Inhoudsopgave v

1 Inleiding 11.1 Achtergrond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Onderzoeksopzet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2.1 Probleemstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.2 Onderzoeksvraag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Leeswijzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Inventarisatie 32.1 Plaatsing binnen module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1 Eisen en specificaties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Mogelijke practica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2.1 AM-kits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2 Overige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3 Keuze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Ontwikkeling 73.1 Opstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2 Opzet practicum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2.1 Modulatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2.2 Eén toon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2.3 Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2.4 Enquête . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.3 Positionering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.3.1 Eindtermen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4 Evaluatie 134.1 Begripstoetsing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1.1 Grondniveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.1.2 Beschrijvend niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.1.3 Theoretisch niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2 Resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.2.1 Begrip op grondniveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.2.2 Begrip op beschrijvend niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2.3 Analyse enquête . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.3 Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

v

vi INHOUDSOPGAVE

4.3.1 Niveaucorrelatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.3.2 Eindscore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.3.3 Effectiviteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5 Conclusies en aanbevelingen 255.1 Conclusies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.2 Discussie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3 Aanbevelingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Referenties 29

A Eindtermen HAVO 31A.1 Subdomein B1. Informatieoverdracht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

A.1.1 Eindterm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31A.1.2 Specificatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

A.2 Beheersingsniveau’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

B Analyse practicum 33B.1 Learning objective(s) (or intended learning outcome(s)) . . . . . . . . . . . . . . . 33B.2 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34B.3 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35B.4 Learning demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35B.5 Assessment of effectiveness when used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

B.5.1 Effectiveness at level (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36B.5.2 Effectiveness at level (2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

C Handleiding practicum 37

D Enquêteformulier 43

E Transcripties 45

Hoofdstuk 1

Inleiding

1.1 Achtergrond

De Commissie Vernieuwing Natuurkundeonderwijs havo/vwo heeft in het jaar 2010 in op-dracht van de Minister van Onderwijs nieuwe examenprogramma’s voor het vak natuurkundeop havo en vwo ontwikkeld (Commissie NiNa, 2010). Deze nieuwe programma’s binnen denatuurkunde dragen de gezamenlijke naam “Nieuwe Natuurkunde (NiNa)”. NiNa zal op 1augustus 2013 landelijk worden ingevoerd binnen het voortgezet onderwijs (Ministerie vanOC&W, 2012). Er zijn momenteel al een 15-tal scholen waar concept-examenprogramma’sNiNa worden toegepast met speciaal ontwikkeld lesmateriaal voor evaluatieve doeleinden.

De programma’s binnen NiNa zijn modulair opgezet en (delen van) enkele modules vor-men geheel nieuwe examenstof vergeleken met de ‘oude natuurkunde’. Eén van deze nieuweonderdelen is “Telecommunicatie”, wat (toegepast) aansluit op het onderdeel “Trillingen engolven”. Invoering van dergelijke nieuw leerstof vormt uitdagingen voor de school op velevlakken: didactiek, toetsing, maar ook op het praktische vlak.

In het kader van het vak Onderzoek van Onderwijs — ter afronding van de master ScienceEducation and Communication (SEC): Physics — is onderzoek gedaan naar dit laatste aspect:de ontwikkeling van een practicum binnen het NiNa-onderdeel “Telecommunicatie”. Dit on-derzoek omvat zowel de inventarisatie, ontwikkeling als evaluatie van dit practicum, zodathet eindresultaat kan fungeren als een advies richting de scholen omtrent het opzetten vandergelijk praktisch werk binnen deze module.

1.2 Onderzoeksopzet

1.2.1 Probleemstelling

Binnen de exacte vakken en wetenschap, waaronder zeker ook de natuurkunde, wordt hetdoen van praktisch werk gezien als een waardevolle toevoeging aan het leerproces (Millar,2004). Echter, bij het introduceren van nieuwe stof binnen een natuurkundig leerprogrammais van te voren vaak niet duidelijk of er bijbehorende praktische werkvormen aanwezig zijn(practica, experimenten, ICT-opdrachten, etc.). Dergelijke werkvormen dienen dan ook tijdigonderzocht en ontwikkeld te worden, aangezien de verwachting ten aanzien van het aanbie-den van praktische werkvormen is dat zij een waardevolle bijdrage leveren aan het leerproces.

1

2 HOOFDSTUK 1 Inleiding

1.2.2 Onderzoeksvraag

Volgend jaar wordt de Nieuwe Natuurkunde landelijk ingevoerd en dus ook het nieuwe on-derdeel “Telecommunicatie” (Commissie NiNa, 2010). Dit onderzoek concentreert zich daaromook op de volgende vraag:

Kan er een practicum ontwikkeld worden op het gebied van informatieoverdracht binnen de NiNa-module "Communicatie: Ver en dichtbij"?

1.3 Leeswijzer

In hoofdstuk 2 wordt onderzocht waar de mogelijkheden liggen tot het ontwikkelen van eenpracticum binnen de NiNa-module “Communicatie: Ver en dichtbij”, zowel op het vlak vanplaatsing binnen de module als realiseerbare vormen van een dergelijke practicum. Tevenswordt een inventarisatie gedaan op het gebied van reeds beschikbare practica voor de desbe-treffende NiNa-module. De nadere uitwerking van het gekozen practicum wordt beschrevenin hoofdstuk 3. De (leer)resultaten die zijn voortgekomen uit de implementatie en evaluatievan dit practicum onder een lichting 4 HAVO leerlingen worden behandeld in hoofdstuk 4.Conclusies en aanbevelingen worden gedaan in hoofdstuk 5.

Hoofdstuk 2

Inventarisatie

In dit hoofdstuk wordt eerst gekeken naar de reeds aanwezige practica binnen de module“Communicatie: Ver en dichtbij”, alsmede naar de plaatsing en focus van het te ontwikkelenpracticum. Wanneer dit laatste is vastgesteld, wordt beschreven welke mogelijkheden er zijnom dit te realiseren en wat bij de diverse opties de voor- en nadelen zijn.

2.1 Plaatsing binnen module

Om een goede positionering mogelijk te maken worden de eindtermen voor NiNa aange-wend (College voor Examens, 2010), zodat middels een matrix snel duidelijk wordt waarwinst te behalen valt op praktisch vlak. In tabel 2.1 is een overzicht gegeven van datgenewat een kandidaat HAVO dient te kunnen binnen de module “Communicatie”, waarbij de cij-fers aangegeven in hoeverre de kandidaat het genoemde dient te beheersen. Voor een meergedetailleerde beschrijving zijn de eindtermen voor “Communicatie” te vinden in bijlage A.

Tabel 2.1: Overzicht van eindtermen (bijlage A) en beheersingsniveaus (1–4) (Bloom, 1956).

# Omschrijving 1 2 3 4a 4b 4cA Trillingsverschijnselen in de natuur, in de techniek en bij na-

tuurkundige proeven kwalitatief en kwantitatief analyserenX X X X

B Golfverschijnselen in de natuur, in de techniek en bij natuur-kundige proeven kwalitatief en kwantitatief analyseren

X X X X

C Aan de hand van een meetreeks (u, t) resp. (u, x)-diagrammenmaken van trillingen en golven

X X X

D Uit (u, t) en (u, x)-diagrammen de fysische eigenschappen vande trillingen en golven bepalen

X X

E Het verschijnsel staande golf uitleggen X X X

F Het verband tussen de golflengte en de lengte van het trillendemedium met behulp van een schets toelichten

X X

G Informatieoverdracht tussen een zender en ontvanger uitleggen X X

H Bijbehorende formules kwalitatief en bij berekeningen hanteren X X X

Uit tabel 2.1 blijkt dat de kandidaat HAVO voor elk onderdeel tenminste de leerstof moetkunnen reproduceren én dient te begrijpen. Op bepaalde vlakken (A, B, C, E en H) dient dekandidaat ook het genoemde toe te kunnen passen in nieuwe en concrete situaties (bijlage A).

3

4 HOOFDSTUK 2 Inventarisatie

Als handvat voor het plaatsen van de reeds beschikbare practica en de gewenste plaatsingvoor het te ontwikkelen practicum wordt de test-module zelf als uitgangspunt genomen (vanHuis et al., 2010). In deze module zijn diverse practica opgenomen, die in tabel 2.2 wordenweergegeven, tezamen met de letters van de eindtermen uit tabel 2.1.

Tabel 2.2: Overzicht van de opgenomen practica in de test-module “Communicatie”. De letters (A–H)vertegenwoordigen de eindtermen uit tabel 2.1.

Practicum A B C D E F G HFrequentiemeting met oscilloscoop X X

Frequentiemeting met computer X X

Sinusfunctie van een slinger (Coach) X X X

Trillingstijd slinger X X

Trillingstijd massa-veersysteem X X

Samengestelde trillingen: zwevingen X X X X

Geluidssnelheid X

Eigenfrequenties van een snaar X X X

Eigenfrequenties van een open luchtkolom X X X

Eigenfrequenties van een gesloten luchtkolom X X X

Opzetten van een GSM-netwerk X

GSM-verkeer X

Afgaand op de matrix van tabel 2.2 lijken alle eindtermen voldoende afgedekt voor devermelde practica in (van Huis et al., 2010). Echter, er zijn maar weinig practica die vier (ofmeer) eindtermen omvatten. Daarnaast zijn er twee GSM-practica beschikbaar, maar dezetwee practica zijn vormen van groepswerk waarbij de meer fysische aspecten van trillingen engolven (zoals trillingstijd en frequentie) geheel achterwege blijven.

Aangezien term G de echte vernieuwing is binnen “Communicatie” is het goed deze termnader te beschouwen met behulp van bijlage A. De kandidaat kan informatieoverdracht tusseneen zender en ontvanger uitleggen, maar dient dat ook onder de volgende ‘voorwaarden’ tekunnen doen:

I) daarbij de volgende vakbegrippen hanteren: draaggolf, modulatie, digitale codering,pulsmodulatie, amplitudemodulatie, frequentiemodulatie, 3-dB bandbreedte, bit, data-transfer rate

II) minimaal in de volgende contexten: GSM (Global System for Mobile Communications)

Kijkend naar deze twee nadere specificaties en de practica aanwezig in de test-module“Communicatie” is met name voorwaarde II) adequaat afgedekt door de twee GSM-practica.Echter, de diverse vakbegrippen komen slechts in de tekst van het lesmateriaal aan de orde en(dus) niet in praktisch werk. De focus voor het te ontwikkelen practicum ligt dan ook op eenselectie van de begrippen “draaggolf, modulatie, digitale codering, pulsmodulatie, amplitu-demodulatie, frequentiemodulatie, 3-dB bandbreedte, bit en datatransfer rate”.

2.1.1 Eisen en specificaties

Om tot een specifiek ontwerp en gerichte ontwikkeling te komen wordt het practicum afgeba-kend middels de volgende eisen en specificaties:

Sectie 2.2 Mogelijke practica 5

Eindterm G: Informatieoverdracht tussen een zender en ontvanger uitleggenDeze term is de echt nieuwe toevoeging binnen de module “Communicatie”; het te ont-wikkelen practicum is primair op deze vernieuwing gericht.

Toepassing van begrippen: draaggolf, modulatie en amplitude modulatie (AM)Door niet alleen te horen en te lezen (theorie) tijdens de les over deze begrippen, maarer daadwerkelijk in de praktijk mee aan de slag te gaan leidt dit — bij juiste opzet enuitvoering — tot een beter begrip.

Werken met apparatuur, maar niet alleen PC/laptopEen mogelijk gevaar van het veel inzetten van de computer kan er toe leiden dat hetvoor de leerlingen een black box is en blijft. De inzet is om zoveel mogelijk met losseapparatuur en een modulaire opstelling te werken.

Koppeling eindtermenVoor het verhogen van het rendement van het practicum én een duidelijker plaatsingverdient het aanbeveling andere eindtermen (tabel 2.1) ook op te nemen in het practicum,waar mogelijk.

Geschikt voor 4 HAVOAangezien dit onderdeel nieuw is voor zowel 4 HAVO als 4 VWO dient dit practicum zobreed mogelijk inzetbaar te zijn.

2.2 Mogelijke practica

Om een practicum ontwikkelen op basis van de gestelde specificaties kan er vanuit diverseperspectieven gewerkt worden, elk met de mogelijke voor- en nadelen.

2.2.1 AM-kits

Een mogelijkheid tot het realiseren van het practicum is het inzetten van een zogenaamde AM-kit, iets wat erg lijkt op het — binnen de natuurkunde — bekende systeembord (van Bart enDorenbos, 2005). Onderzoek leert dat vooral in India veel wordt gewerkt met dergelijke kitsop het gebied van communicatie. In tabel 2.3 is een overzicht weergegeven van beschikbarekits en de bijbehorende prijzen.

Tabel 2.3: Overzicht van beschikbare kits voor amplitude modulatie (AM).

Bedrijf Omschrijving Prijs (EUR)Atico (2012) Amplitude Modulation & Demodulation 83,49Inventech (2012) AM Trainer Kit – Model No : IND500 94,15Bytronic (2010) DSB/SSB AM Transmitter/Receiver Trainer 1.202,18Hik-Consulting (2008) ST2170J 1.593,90Kitek (2007) ACT-08/09 — DSB/SSB AM Transmitter/Receiver Kit 485,76Edibon (2010) AM trainer 820,00Italtec (2005) TLA-02 and TLA-03: Amplitude Modulation 1.580,00

Het eerste wat direct opvalt zijn de hoge prijzen, wat samenhangt met het feit dat deze kitsveel meer mogelijkheden bieden dan nodig zijn voor het ten doel gestelde van dit practicum.Laten we de duurdere kits buiten beschouwing, dan is zelfs een enkele kit (uit India) nog

6 HOOFDSTUK 2 Inventarisatie

tamelijk prijzig, waarbij de transportkosten nog niet zijn inbegrepen. Wat het aanschaffen vaneen goedkopere kit vooral lastig maakt is dat het uit India komt. Niets ten nadele van India,maar navraag bij technisch ondersteunend personeel leert dat het zowel afwachten is óf je hetkrijgt en zo ja, wanneer je het krijgt en hoe je het krijgt (kwaliteit).

2.2.2 Overige

Naast het werken met een AM-kit is het zeer goed mogelijk om een computer of andere mid-delen in te zetten om tot een practicum te komen. In tabel 2.4 is een overzicht weergegevenvan diverse practica wereldwijd, variërend van een optisch gemoduleerd laser-systeem tot hetzelf bouwen van een AM-schakeling.

Tabel 2.4: Overzicht van diverse practica op het gebied van amplitude modulatie (AM).

Achtergrond Omschrijving BijzonderhedenDep. of Electr. and Comp. Eng.(2009)

EECE 442L – Communications Labora-tory

Werken met LabVIEW.

Giannetta (2012) Physics 404 Modulation & Demodula-tion Lab

Zelf schakelingen bouwen (ana-loge elektronica) en analyseren.

Russell (1999) Experiment: Amplitude Modula-tion/Mixer

Zelf schakelingen bouwen op ba-sis van IC MC1496P en analyse-ren.

Korst-Fagundes (2009) Experiment # 2 – Amplitude Modula-tion and Demodulation

Gebruik van Simulink (MATLAB).

Frederiksen (2011a,b) Demonstration of optical communica-tion

Werkt op basis van modulatie, al-leen is deze modulatie niet zicht-baar te maken. Kosten ongeveerEUR 800,-.

Kumar (2003) Amplitude Modulation and Demodula-tion

Zelf schakelingen bouwen op ba-sis van IC MC1496P en analyse-ren.

SSIT (2007) Communications lab manual Veel verschillende practica ennogal wat basiskennis en -vaardigheden vereist.

Alle practica uit tabel 2.4 zijn afgaand op hun beschrijving leuke en leerzame practica. Ech-ter, het is zeer twijfelachtig of deze practica ook geschikt zijn voor leerlingen van het voortgezetonderwijs. De genoemde practica zijn veelal bedoeld voor studenten in richtingen elektrotech-niek en telecommunicatie. De beoogde leerlingen (4 HAVO) hebben een veel lager basisniveau,zowel qua kennis als vaardigheden; het practicum zal daar uiteraard bij aan moeten sluiten.

2.3 Keuze

Gezien het feit dat noch een AM-kit uit tabel 2.3 noch een practicum uit tabel 2.4 voldoendebasis biedt voor het te ontwikkelen practicum is de keuze gemaakt om zelf een practicum opte zetten. Voor dit practicum zal, indien nodig, gebruik gemaakt worden van apparatuur vande vakgroep Transducers Science and Technology (TST) van de Universiteit Twente. In hetvolgende hoofdstuk is het ontwerp en de ontwikkeling van het uiteindelijke practicum naderbeschreven.

Hoofdstuk 3

Ontwikkeling

Bij een nieuw te ontwikkelen practicum is het van belang dat van te voren goed duidelijk is wathet beoogde doel van het praktische werk is en hoe dit doel kan worden bereikt. Uit onderzoekvan van den Berg en Buning (1994) blijkt namelijk dat lang niet alle practica binnen het bèta-onderwijs nuttig zijn. Eén van de aspecten die, zoals al eerder genoemd, erg belangrijk is voorhet practicum is het gestelde doel van het practicum (Hart et al., 2000; Wellington, 2005): watwil je bereiken?

Daarnaast is het zaak om dit doel zo goed mogelijk te bereiken. Het ontwerpen en ont-wikkelen van een practicum biedt veel vrijheden, waarbij uiteindelijk een zo groot mogelijkrendement dan wel effectiviteit gewenst is. Diverse onderzoekers geven hiervoor richtingenen methodes om de effectiviteit van een practicum te verbeteren (Kramers-Pals en Bom, 2010;Millar en Abrahams, 2009; Millar, 2010). Dergelijke methodes zullen ook worden toegepast inhoofdstuk 4 om te onderzoeken of dit ook een effectief en nuttig practicum blijkt te zijn: hoewil je het gestelde doel bereiken?

Achtereenvolgens zal in dit hoofdstuk de voorgestelde en gerealiseerde practicumopstel-ling alsmede de -opzet worden beschreven. Daarna zal op basis hiervan worden vastgesteldhoe dit practicum kan worden gepositioneerd binnen het practicumoverzicht van tabel 2.2.

3.1 Opstelling

Zoals reeds beschreven in hoofdstuk 2 is dit practicum ontworpen voor het onderdeel infor-matieoverdracht — zenden en ontvangen — met inbegrip van (amplitude)modulatie binnende NiNa-module “Communicatie: Ver en Dichtbij”. Hiervoor is allereerst een AM-practicum-opstelling ontworpen, die schematisch is weergegeven in figuur 3.1.

Het eerste gedeelte van de opstelling vormt het gedeelte zenden. Middels een geluids-bron (toongenerator) kan een toon met een bepaalde frequentie of muziek bestaande uit meer-dere frequenties (via laptop) worden gegenereerd, waarbij deze to(o)n(en) word(t)(en) door-gestuurd naar een filter. In dit filter kan eventuele ruis worden verminderd en kan het sig-naalvermogen worden verhoogd door het signaal te versterken. Dit signaal wordt vervolgensaangeboden aan de modulator, welke een draaggolf aan het signaal toevoegt waarop een AM-signaal ontstaat.

Het gedeelte ontvangen vormt het tweede gedeelte van de opstelling in figuur 3.1. Ditgemoduleerde signaal wordt vervolgens weer aangeboden aan een demodulator om het ori-ginele signaal te reconstrueren. Aangezien dergelijke reconstructies vaak resulteren in vermo-gensverlies wordt het (zwakke) signaal aangeboden aan een audioversterker, die voldoende

7

8 HOOFDSTUK 3 Ontwikkeling


Luidspreker


Zenden Ontvangen

Oscilloscoop

Figuur 3.1: Schematische weergave van de practicumopstelling.

vermogen levert om een luidspreker aan te sturen. Via deze luidspreker kan de reconstructievan het ingangssignaal worden beluisterd.

Het weergeven van de diverse signalen — ingangssignaal, AM-signaal en het gereconstru-eerde signaal — gebeurt middels een oscilloscoop. De gewenste oscilloscoop biedt bij voorkeurde mogelijkheid om vier signalen tegelijkertijd weer te geven, elk met hun eigen kleur.

De daadwerkelijk practicum-opstelling die is gebouwd op de stageschool is te zien in fi-guur 3.2. In deze figuur zijn alle onderdelen benoemd naar analogie met figuur 3.1. De opstel-ling biedt ruimte voor 1–3 leerlingen om tegelijkertijd te werken met dit practicum.

Geluidsbron

FilterModulator

Oscilloscoop

Demodulator

Audioversterker

Luidspreker

Figuur 3.2: Daadwerkelijke practicumopstelling op het Twents Carmel College, locatie de Thij, te Ol-denzaal.

De benodigde apparatuur is voor een groot gedeelte geleend van de vakgroep Transdu-cers Science and Technology (TST) aan de Universiteit Twente. De reden hiervoor is dat de

Sectie 3.2 Opzet practicum 9

stageschool noch de gewenste apparatuur noch de financiële middelen had om het practicum(zonder hulp van TST) rond te krijgen. Dit heeft vooral te maken met de gewenste mogelijk-heden en prijzen van de apparatuur. Het filter van Stanford Research, de functiegenerator vanAgilent met modulatiefunctie en de 4-kanaals kleuren-oscilloscoop van Agilent zijn allen ta-melijk fors geprijsd. Zo kost een Agilent DS1024A Oscilloscope al ruim EUR 1.400,-., wat vooreen gemiddelde school nogal een investering is. Een overzicht van de gebruikte apparatuur isweergegeven in tabel 3.1.

Tabel 3.1: Overzicht van de gebruikte apparatuur voor het practicum.

Omschrijving Merk en type ViaToongenerator Eurofysica 114058 School

Filter SR 650 TST

Laptop met Internet Acer School

Functiegenerator Agilent 33220A TST

Omhullende detector Standaard componenten School/TST

Audioversterker Philips PW 5175 TST

Luidspreker Visaton WS 17 E – 4 Ohm School/TST

Oscilloscoop Agilent DS1024A TST

Snoeren, kabels en connectoren Divers School/TST

3.2 Opzet practicum

Het practicum is voor de leerlingen 4 HAVO onderverdeeld in drie stukken, namelijk het con-cept modulatie, het zenden en ontvangen van één toon en uiteindelijk het zenden en ontvan-gen van meerdere tonen (radio). De gehele practicumhandleiding, die de leerlingen daadwer-kelijk hebben gebruikt, is te vinden in bijlage C.

Alvorens het practicum begint zal de docent eerst de diverse apparaten op de juiste instel-lingen moeten zetten, zoals de frequentie van de draaggolf. Daarna geeft deze een korte toe-lichting over het practicum en de te gebruiken apparatuur. Dit wordt deels gedaan om enigeangst bij leerlingen weg te nemen, want de opstelling is tamelijk imposant (opstelling van 4meter breed) en bevat veel dure, maar vooral ook nieuwe apparatuur (zie ook figuur 3.2).

3.2.1 Modulatie

De leerlingen beginnen het practicum door de toongenerator en oscilloscoop aan te zetten,vooral om alvast vertrouwd te raken met de voor hen nieuwe apparatuur. De docent heeftvooraf de toongenerator ingesteld op een signaalfrequentie van 2 kHz en de modulator opeen draaggolffrequentie van 40 kHz. In de handleiding wordt expliciet vermeld dat de leer-lingen de audioversterker nog niet moeten aanzetten, omwille de ‘hoge’ frequentie van detoongenerator. Deze frequentie is bewust op 2 kHz gekozen, zodat op de oscilloscoop hetAM-gemoduleerde signaal goed zichtbaar is (verhouding tussen signaalfrequentie en draag-golffrequentie).

De leerlingen dienen het gemoduleerde signaal naar behoren in beeld te brengen en daareen (u,t)-diagram van te maken, zoals weergegeven in figuur 3.3. Op basis van hetgeen zeop het scherm van de oscilloscoop zien dienen ze uit het AM-gemoduleerde signaal zowel


de signaalfrequentie als de draaggolffrequentie te bepalen met behulp van het vaststellen vande trillingstijd en daaruit de frequentie te berekenen. Dit alles wordt mede gedaan om eenkoppeling te maken met andere termen uit “Communicatie” (tabel 2.1).

(u,t)-diagram

Tijd

Span

ning

Figuur 3.3: Schets van het (u,t)-diagram met het ingangssignaal (blauw) en het AM-signaal (rood). Designaalfrequentie is 2 kHz, de draaggolffrequentie is 40 kHz.

Naast het AM-gemoduleerde signaal zien de leerlingen ook het ingangssignaal en het gere-construeerde signaal op het scherm van de oscilloscoop. De leerlingen wordt gevraagd, mid-dels het beschrijven van hun waarnemingen, naar de overeenkomsten en verschillen tussenhet signaal van de toongenerator en het AM-gemoduleerde signaal. Hier is het de bedoelingdat ze inzien dat bij het AM-gemoduleerde signaal het ingangssignaal als het ware wordt ‘ge-dragen’ door de draaggolf.

Daarnaast dienen ze op gelijke wijze te kijken naar het gedemoduleerde signaal en het sig-naal van de toongenerator. Het gereconstrueerde signaal is iets ‘dikker’ dan het ingangssig-naal, wat komt doordat de omhullende detector de draaggolf niet volledig weghaalt. Gewenstvan de leerlingen is dat ze inzien dat er nog ‘resten’ van de draaggolf aanwezig zijn.

3.2.2 Eén toon

Om toch de luidspreker te kunnen gebruiken voor het onderzoeken van het principe AM-modulatie wordt de toongenerator ingesteld op 200 Hz en zetten de leerlingen de audiover-sterker aan. Ze horen een ‘mooi’ geluid met een frequentie van 200 Hz uit de luidspreker opbasis van het gedemoduleerde signaal. Aangezien in dit signaal nog ‘resten’ van de draaggolfaanwezig zijn wordt de leerlingen gevraagd waarom je deze niet hoort, wat verklaard wordtdoor de te hoge frequentie voor het menselijk gehoor.

Om leerlingen ervan te overtuigen dat er bij een gemoduleerd signaal toch een demodula-tor nodig is om het originele geluid te kunnen beluisteren wordt ze gevraagd de demodulatorlos te koppelen en de modulator rechtstreeks aan te sluiten op de audioversterker. Hierbijmoeten ze vervolgens aangeven en verklaren wat ze horen: niets. De leerlingen zullen op deoscilloscoop zien dat het lijkt alsof het 200 Hz signaal nog aanwezig is, maar deze vormt deomhullende van de draaggolf met een frequentie van 40 kHz. De werkelijke frequenties dieworden aangeboden aan de audioversterker zijn 40 ± 0.2 kHz, welke beide niet hoorbaar zijn.

Sectie 3.2 Opzet practicum 11

Om het belang van de verhouding tussen signaalfrequentie en draaggolffrequentie te be-nadrukken wordt de leerlingen gevraagd de draaggolffrequentie te verlagen naar 400 Hz, watmaar een factor 2 hoger is dan de signaalfrequentie van 200 Hz. Naast het feit dat er niet zicht-baar sprake meer is van duidelijk amplitude modulatie en een draaggolf (zie figuur 3.4), zijnde werkelijke frequenties die worden aangeboden aan de audioversterker nu 400 ± 200 Hz,welke beide hoorbaar zijn. Aan de leerlingen is het de taak om het (u,t)-diagram van figuur 3.4over te nemen van de oscilloscoop en op basis van zowel het diagram als het geluid uit teleggen of er nog sprake is van een draaggolf en AM-modulatie.

(u,t)-diagram

Tijd

Span

ning

Figuur 3.4: Schets van het (u,t)-diagram met het ingangssignaal (blauw) en het AM-signaal (rood). Designaalfrequentie is 200 Hz, de draaggolffrequentie is 400 Hz.

3.2.3 Radio

Om het belang van modulatie van informatieoverdracht (beter) voor het voetlicht te brengenwordt de leerlingen gevraagd de toongenerator te ‘vervangen’ door een laptop met Internet.Hierbij moeten ze via de website “http://www.nederland.fm/” hun favoriete radiozenderselecteren. Door de draaggolffrequentie weer in te stellen op 40 kHz (boven het menselijkhoorbereik en de aangeboden muziek) kunnen de leerlingen via de oscilloscoop hoe muzieker zowel zonder als met modulatie uitziet.

Eerst wordt ze gevraagd naar het feit waarom het beeld van de oscilloscoop niet stil blijftstaan, wat wordt veroorzaakt door het continu wisselen van het aanbod en sterkte van diversefrequenties. Daarna wordt aan de leerlingen gevraagd een (u,t)-diagram te tekenen van een‘mooi’ beeld op de oscilloscoop, waarin de essentie van amplitude modulatie duidelijk naarvoren komt. Een vraag waarbij gekeken kan worden of ze de essentie van amplitude modulatiedoor hebben: het radio-signaal wordt ‘gedragen’ door de draaggolf en vormt derhalve deomhullende. Als laatste vraag wordt leerlingen dan ook gevraagd (als controle) waarom dedemodulator ook wel een omhullende detector wordt genoemd.

3.2.4 Enquête

Om te controleren of de leerlingen hebben geleerd van het practicum en of de begripsvormingvan de leerlingen is verbeterd is er een bondige enquête opgesteld, die te vinden is in bijlage D.


Naast een aantal achtergrondvragen wordt de leerlingen onder andere gevraagd kort te be-schrijven wat ze hebben gedaan bij dit practicum alsmede wat de essentie is van modulatie enwaarom dit wordt toegepast.

3.3 Positionering

Om een duidelijk beeld te krijgen waar dit practicum zich bevindt te midden van de eind-termen die zijn gesteld in tabel 2.1 is het overzicht van practica herhaald weergegeven in ta-bel 3.2. Echter, nu is ook het ontwikkelde practicum in geel weergegeven, met daarin ookvermeld welke eindtermen gedekt worden. Wat opvalt uit tabel 3.2 is dat dit practicum demeeste eindtermen weet te bedekken (vijf), indicerend dat dit practicum (ook) gericht is op“Communicatie” in de breedte en niet zozeer focust op een specifiek onderdeel.

Tabel 3.2: Overzicht van de opgenomen practica in de test-module “Communicatie”.

Practicum A B C D E F G HFrequentiemeting met oscilloscoop X X

Frequentiemeting met computer X X

Sinusfunctie van een slinger (Coach) X X X

Trillingstijd slinger X X

Trillingstijd massa-veersysteem X X

Samengestelde trillingen: zwevingen X X X X

Geluidssnelheid X

Eigenfrequenties van een snaar X X X

Eigenfrequenties van een open luchtkolom X X X

Eigenfrequenties van een gesloten luchtkolom X X X

Opzetten van een GSM-netwerk X

GSM-verkeer X

Dit practicum X X X X X

3.3.1 Eindtermen

Het ontwikkelde practicum omvat de eindtermen A, C, D, G en H (zie ook tabel 3.2). Dezetermen zijn hieronder (nogmaals) nader toegelicht:

A) Trillingsverschijnselen in de natuur, in de techniek en bij natuurkundige proeven kwali-tatief en kwantitatief analyseren.

C) Aan de hand van een meetreeks (u, t) resp. (u, x)-diagrammen maken van trillingen engolven.

D) Uit (u, t) en (u, x)-diagrammen de fysische eigenschappen van de trillingen en golvenbepalen.

G) Informatieoverdracht tussen een zender en ontvanger uitleggen.H) Bijbehorende formules kwalitatief en bij berekeningen hanteren.

Hoofdstuk 4

Evaluatie

4.1 Begripstoetsing

Om op basis van de uitgewerkte practicumhandleiding en de afgenomen enquêtes een gede-gen beeld van het geleerde te kunnen krijgen wordt het onderzoek van van Raaij (2005) alsuitgangspunt genomen. In dit onderzoek wordt met behulp van de niveautheorie van vanHiele (1973) een tweetal begripsniveaus vastgesteld, waarmee een uitspraak kan worden ge-daan over het begrip van de leerling voor gespecificeerde leerstof. Ook voor dit practicumworden dergelijke niveaus onderscheiden waarmee kan worden bepaald in hoeverre de leer-ling begrip heeft van modulatie en de bijbehorende context van informatieoverdracht: zendenen ontvangen.

4.1.1 Grondniveau

Het eerste niveau dat wordt onderscheiden is het grondniveau, waarop elke leerling zich ei-genlijk minimaal zou moeten bevinden. Allerlei elementen uit de basis van de leerstof komenhierbij aan de orde, maar vertaalslagen naar toepassing en abstractie komen nauwelijks voor.Eigenschappen van het grondniveau zijn de volgende (van Raaij, 2005):

� sterk visueel� gecontextualiseerd� intuïtieve relaties tussen begrippen� uitgedrukt in spreektaal

Het grondniveau wordt bij dit practicum getoetst door zes verschillende toetsonderdelente introduceren, met elk hun eigen toetswijze (tabel 4.1). Bij diverse onderdelen gaat het omeen specifiek onderdeel van het practicum, bij andere onderdelen om een combinatie of hetgehele practicum.

Om een kwantitatieve score mogelijk te maken worden voor elk toetsonderdeel onder-staande ‘cijfers’ toegepast (van Raaij, 2005). Het eindoordeel behorende bij het grondniveaubestaat uit het rekenkundig gemiddelde van de zes onderdelen uit tabel 4.1.

4 – goed begrepen3 – redelijk begrepen, maar vaag omschreven2 – twijfelachtig1 – zeer twijfelachtig, bovendien vaag omschreven0 – zeker niet begrepen

13

14 HOOFDSTUK 4 Evaluatie

Tabel 4.1: Toetsing voor het grondniveau.

# Toetsonderdeel Wijze van toetsingG1 Juist gebruik van begrippen uit “Trillingen en golven” Gehele practicum

G2 Herkennen en onderscheiden van draaggolf en signaal Deel A: Modulatie

G3 Plaatsing van modulatie binnen “Communicatie” Vraag C) van enquête

G4 Muziek bestaat uit verschillende frequenties Deel C: Radio

G5 Bepalen trillingstijd en frequenties van golven Deel A: Modulatie

G6 Uitleggen waarom draaggolffrequentie veel hoger dientte zijn dan signaalfrequentie

Deel B: Eén toon

4.1.2 Beschrijvend niveau

Het volgende niveau dat wordt onderscheiden is het beschrijvend niveau. Op dit niveau wordtmeer gekeken naar de toepassing van de leerstof en of de leerling ook daadwerkelijk begrijptwaar het practicum over gaat en ten doel heeft. De onderstaande eigenschappen behoren tothet beschrijvend niveau (van Raaij, 2005):

� kennis krijgt betrekking op een klasse van verschijnselen� uitgedrukt in formele taal

Het beschrijvend niveau wordt bij dit practicum getoetst door drie verschillende toetson-derdelen te introduceren, met elk hun eigen toetswijze (tabel 4.2). Bij diverse onderdelen gaathet om een specifiek onderdeel van het practicum, bij andere onderdelen om een combinatie.

Tabel 4.2: Toetsing voor het beschrijvend niveau.

# Toetsonderdeel Wijze van toetsingB1 Conceptuele beschrijving van amplitude modulatie Vraag B) en F) van enquête

B2 Essentie modulatie bij overdragen muziek Deel C: Radio

B3 Toepassing en nut van (amplitude) modulatie Vraag G) van enquête

Om tot een kwantitatieve score te komen worden dezelfde cijfers toegepast als bij hetgrondnivau. Het eindoordeel behorende bij het beschrijvend niveau bestaat uit het reken-kundig gemiddelde van de drie onderdelen uit tabel 4.2.

4.1.3 Theoretisch niveau

In navolging van het grondniveau en het beschrijvend niveau kan ook nog het theoretischniveau worden onderscheiden. Op dit niveau beheerst de leerling de stof in grote mate. Ei-genschappen die behoren tot het theoretisch niveau (van Raaij, 2005):

� kennis wordt in abstracties gevat� uitgedrukt in symbooltaal

Bij dit practicum zal verder niet naar dit niveau worden gekeken. Het practicum is vooralontworpen voor leerlingen 4 HAVO, waarbij niet veel aandacht uitgaat naar abstractie van

Sectie 4.2 Resultaten 15

leerstof en toepassen in compleet nieuwe dan wel andere situaties. Daarnaast stelt dit practi-cum ten doel het begrip van modulatie en informatieoverdracht te verbeteren, wat met namede twee eerder genoemde niveaus behelst.

Op basis van de eindterm G en het gewenste beheersingsniveau (tabel 2.1) is een goedbegrip op grondniveau (score 4) en een redelijk begrip op het beschrijvend niveau (score 3) hetgewenste eindresultaat van dit practicum.

4.2 Resultaten

Dit practicum is in de maand juni 2012 afgenomen bij 56 leerlingen 4 HAVO, allen verbon-den aan het Twents Carmel College, locatie de Thij, te Oldenzaal. De leerlingen zijn in dieperiode in de afrondende fase van de module “Communicatie: Ver en dichtbij”, waardoor debenodigde voorkennis aanwezig zou moeten zijn.

In totaal hebben 24 tweetallen en 2 drietallen het practicum uitgevoerd in een tussenuur,waarbij de docent aanwezig was ter mogelijke ondersteuning. Daarnaast heeft deze de vragenvan de enquête vermeld in bijlage D afgenomen en opgenomen middels een voice recorder.De transcripties van de audio-opnames van deze enquête zijn te vinden in bijlage E.

Alvorens naar de inhoud van het practicum te gaan en de resultaten op het gebied vande begripsvorming te analyseren is het goed eerst te onderzoeken hoe veel tijd de leerlingenvoor dit practicum nodig hebben gehad. Elk twee- en drietal is hiernaar gevraagd (bijlage E),waarbij de resultaten grafisch zijn weergegeven in figuur 4.1 middels een histogram.

0

5

10

15

0 20 40 60 80 100

Aan

talt

wee

-/dr

ieta

llen

Tijdsduur (minuten)

Tijdsduur van het practicum

Figuur 4.1: Histogram van de bestede tijd aan het practicum.

Uit dit histogram met toegevoegde normale verdeling komt naar voren dat de meesteleerlingen ongeveer een lesuur van 50 minuten nodig hebben om het practicum uit te voe-ren (µ = 50.77, σ = 11.24). De hoge waarde voor de kurtosis (platheid) van de gegevens(g2 = 4.80) wijst uit dat er weinig leerlingen zijn die het practicum (veel) sneller of (veel) lang-zamer uitvoeren. Degene die wel tot deze groep behoren hebben over het algemeen meertijd nodig, waarbij er zelfs een tweetal was dat 90 minuten nodig had. Deze grote afwij-king(en) van het gemiddelde beeld wordt gekenmerkt door de positieve waarde voor scheef-heid (g1 = 1.87).


4.2.1 Begrip op grondniveau

Op basis van de ingeleverde practicumhandleidingen van de leerlingen (bijlage C) zijn de zesverschillende toetsonderdelen voor het grondniveau gescoord. Deze resultaten zijn weergege-ven in de boxplot van figuur 4.2, waarbij in zwart de mediaan is weergegeven, de uiteindenvan de blauwe ‘whisker’ de kwartielen 1 en 3 vormen en de minimale en maximale waardenworden gekenmerkt door de uiteinden van de blauwe lijnen.

Niet (0)

Vaag (1)

Twijfelachtig (2)

Redelijk (3)

Goed (4)

G1 G2 G3 G4 G5 G6

Mat

eva

nbe

grip

Toetsonderdeel

Resultaten – Grondniveau

Figuur 4.2: Resultaten van de leerlingen voor het grondniveau.

Naast deze boxplot zijn de resultaten voor het grondniveau ook numeriek weergegeven intabel 4.3, waarbij achtereenvolgens de gemiddelde waarde µ, de standaarddeviatie σ, de matevan scheefheid g1 en de kurtosis (platheid) g2 worden vermeld.

Tabel 4.3: Resultaten voor het grondniveau.

# Toetsonderdeel µ σ g1 g2

G1 Juist gebruik van begrippen uit "Trillingen en golven" 3.04 0.79 -0.53 -0.10

G2 Herkennen en onderscheiden van draaggolf en signaal 3.04 1.26 -0.98 -0.44

G3 Plaatsing van modulatie binnen "Communicatie" 2.50 1.15 -0.56 -0.34

G4 Muziek bestaat uit verschillende frequenties 2.72 1.22 -0.94 -0.17

G5 Bepalen trillingstijd en frequenties van golven 3.00 1.09 -1.24 0.88

G6 Uitleggen waarom draaggolffrequentie veel hoger dientte zijn dan signaalfrequentie

1.72 1.35 0.02 -1.28

Uit de resultaten voor de zes toetsonderdelen voor het grondniveau komt naar voren dat deleerlingen over het algemeen een redelijk begrip laten zien voor de eerste vijf toetsonderdelen(G1 t/m G5). De gemiddelde scores voor deze onderdelen liggen allen in de buurt van ‘redelijkbegrip’ (score 3), met ook standaarddeviaties die onderling weinig verschillen. Op basis van deboxplot uit figuur 4.2 komt ook naar voren dat op nagenoeg alle onderdelen ook alle mogelijkescores aanwezig zijn (hoge waardes σ), van helemaal niet begrepen tot volledig begrepen.

Echter, het uitleggen waarom draaggolffrequentie veel hoger dient te zijn dan signaalfre-quentie (G6) vinden de leerlingen moeilijker dan de andere vijf onderdelen. Met een gemid-delde score van 1.72 (vaag tot twijfelachtig) is hier duidelijk nog winst te behalen voor de


leerling. Wat opvalt hierbij is dat de normale verdeling van scores nagenoeg symmetrisch is(g1 = 0.02), maar wel een duidelijke platheid laat zien, wat inhoudt dat er dus meerdere leer-lingen zijn die het echt niet hebben begrepen, maar ook leerlingen die het juist wel volledighebben begrepen.

De score die de leerlingen hebben behaald voor het grondniveau is het rekenkundig gemid-delde van de scores van de zes toetsonderdelen. Een histogram van deze scores is weergegevenin figuur 4.3, gezamenlijk met de normale verdeling.

0

5

10

15

0 1 2 3 4

Aan

tall

eerl

inge

n

Score

Scores – Grondniveau

Figuur 4.3: Histogram van de behaalde scores voor het grondniveau.

Uit het overzicht en de analyse van de scores blijkt dat een leerling gemiddeld een bijnaredelijk begrip heeft op basis van het grondniveau (µ = 2.67). Uit zowel het histogram als dewaarde voor de standaard deviatie (σ = 0.78) dat er onder de leerlingen nogal wat spreiding isomtrent hun begrip: er zijn leerlingen met een zeer twijfelachtig begrip (score 1) tot een bijnavolledig begrip (score 4). Daarnaast vertoont de verdeling een links-scheef beeld (g1 = −0.32)alsmede een behoorlijke platheid (g2 = −0.74), waarbij het laatste aangeeft dat er niet eenbepaalde begripsscore is die vaak naar voren komt.

4.2.2 Begrip op beschrijvend niveau

Net als voor het grondniveau kan een dergelijke analyse worden gevoerd voor het beschrij-vend niveau. Op basis van de ingeleverde practicumhandleidingen van de leerlingen (bij-lage C) zijn de drie verschillende toetsonderdelen voor het beschrijvende begripsniveau ge-scoord. Deze resultaten zijn wederom weergegeven in een boxplot (figuur 4.4), waarbij inzwart de mediaan is weergegeven, de uiteinden van de blauwe ‘whisker’ de kwartielen 1 en 3vormen en de minimale en maximale waarden worden gekenmerkt door de uiteinden van deblauwe lijnen.

Naast deze boxplot zijn de resultaten voor het grondniveau ook numeriek weergegeven intabel 4.4, waarbij achtereenvolgens de gemiddelde waarde µ, de standaarddeviatie σ, de matevan scheefheid g1 en de kurtosis (platheid) g2 worden vermeld.

Uit de resultaten voor deze toetsonderdelen voor het beschrijvend niveau blijkt dat het be-schrijvend niveau duidelijk een andere categorie vormt vergeleken met het grondniveau. Vooralledrie onderdelen komt naar voren dat het gemiddelde begrip ligt tussen zeer twijfelach-tig en twijfelachtig, waarbij ook hier een grote spreiding valt waar te nemen (waardes σ). Er


Niet (0)

Vaag (1)

Twijfelachtig (2)

Redelijk (3)

Goed (4)

B1 B2 B3

Mat

eva

nbe

grip

Toetsonderdeel

Resultaten – Beschrijvend niveau

Figuur 4.4: Resultaten van de leerlingen voor het beschrijvend niveau.

Tabel 4.4: Toetsing voor het beschrijvend niveau.

# Toetsonderdeel µ σ g1 g2

B1 Conceptuele beschrijving van amplitude modulatie 1.39 1.30 0.54 -0.91

B2 Essentie modulatie bij overdragen muziek 1.50 0.90 0.24 -0.72

B3 Toepassing en nut van (amplitude) modulatie 1.22 1.10 0.91 0.05

zijn leerlingen die een redelijk tot goed begrip laten zien voor de onderdelen, terwijl er ookleerlingen zijn die geen enkel onderdeel begrijpen van dit niveau (blauwe lijn in figuur 4.4).

De grote diversiteit op het beschrijvend niveau komt ook duidelijk naar voren door eenselectie van uitspraken (bijlage E) over het practicum hieronder weer te geven en met elkaar tevergelijken:

� “Je vertaalt de muziek naar de box. Je verplaatst geluid.”� “Er gaat een toon van de toongenerator naar het filter. Dan wordt er bij de modulator een

draaggolf aan toegevoegd. Op de oscilloscoop kun je dit dan zien. Bij de demodulatorwordt de draaggolf eruit gehaald en dan kun je het horen bij de luidspreker.”� “Signalen worden omgezet in tonen.”� “Je hebt muziek, dat wordt overgestroomd naar het filter en dan gaat het naar de mo-

dulator. De oscilloscoop laat allemaal straaltjes zien hoe het geluid gaat. Met de au-dioversterker en de luidspreker kun je het geluid horen. Het geluid moet wel door dedemodulator, anders hoor je niks.”� “Je stuurt een signaal (maakt niet uit wat) naar het filter, die het versterkt. Daarna wordt

het naar een modulator gestuurd die het codeert (met 1-tjes en 0-tjes). Dan wordt het viatwee wegen doorgestuurd. De ene gaat naar de oscilloscoop zodat je alles kunt zien, deandere naar de demodulator, die ook weer naar de versterker gaat, zodat je het geluideruit haalt.”

Eenzelfde diversiteit is te onderscheiden bij het beschrijvend niveau en dan specifiek kij-kend naar het nut van modulatie. Kunnen de leerlingen een toepassing noemen waarin mo-dulatie wordt gebruikt, hoe dat ongeveer werkt en waarom ze daar nu eigenlijk modulatietoepassen (bijlage E)?


� “Radio, die stuurt golven uit. Een telefoon heeft dat ook (SMS). Je kunt met modulatiecommuniceren over verre afstand.”� “Mobieltjes. Gaat eerst naar de mast en naar de satelliet, en dan komt het weer op aarde.

Ze gebruiken modulatie omdat je allemaal obstakels tegenkomt.”� “Microfoon op de school of concert. Dat die trillingen worden gemoduleerd en dat er

dan een mooi geluid uitkomt. Als je modulatie niet toepast dan hoor je niks.”� “Radio en piratenzenders. Je hebt een vinyl-single en die leg je op een platenspeler

(zelfde als een laptop), dat gaat naar een mengpaneel en daarna met een modulatie-kabel naar de zender, die gaat naar de verticaal en de mast, die zendt hem uit. Modulatieversterkt het signaal. Een demodulator heb je nodig om het signaal weer om te zetten,anders heb je geen geluid.”� “Radiostations. Gebruiken zo ook deze golven; je hebt bij radio AM en FM. Ze gebruiken

het omdat het al heel oud is; het kan gewoon niet makkelijker.”

Op basis van de numerieke waarden in tabel 4.4 kan verder worden gezegd dat er bij alleonderdelen (B1 t/m B3) sprake is van een rechts-scheefheid, wat inhoudt dat het zwaartepuntvan begrip ligt tussen zeer twijfelachtig en twijfelachtig (1.22 < µ < 1.50) en er enkele ‘uit-schieters’ zijn die een duidelijk betere begripsvorming tonen. Voor de onderdelen B1 en B2 iseen duidelijk platheid waar te nemen, wat inhoudt dat er niet een score is die opvallend vaakvoor komt, terwijl dit bij onderdeel B3 wel het geval is (score 1).

De score die de leerlingen hebben behaald voor het beschrijvend niveau is het rekenkundiggemiddelde van de scores van deze drie toetsonderdelen. Een histogram van deze scores isweergegeven in figuur 4.5, gezamenlijk met de normale verdeling.

0

5

10

15

0 1 2 3 4

Aan

tall

eerl

inge

n

Score

Scores – Beschrijvend niveau

Figuur 4.5: Histogram van de behaalde scores voor het beschrijvend niveau.

Uit het overzicht en de analyse van de scores blijkt dat een leerling gemiddeld een zeertwijfelachtig tot twijfelachtig begrip heeft op basis van het beschrijvend niveau (µ = 1.37).Uit zowel het histogram als de waarde voor de standaard deviatie (σ = 0.72) dat er onder deleerlingen nogal wat spreiding is omtrent hun begrip: er zijn leerlingen met nagenoeg geenbegrip (score 0) tot een redelijk begrip (score 3). Daarnaast vertoont de verdeling een rechts-scheef beeld (g1 = 0.41) alsmede een behoorlijke platheid (g2 = −0.60), waarbij het laatsteaangeeft dat er niet een bepaalde begripsscore is die vaak naar voren komt.


4.2.3 Analyse enquête

Naast de beide begripsniveaus zijn er ook negen meerkeuzevragen (bijlage D) aan de leerlin-gen voorgelegd, om een indruk te krijgen van de ervaringen met het practicum. Deze resul-taten zijn weergegeven in de boxplot van figuur 4.6, waarbij in zwart de mediaan is weerge-geven, de uiteinden van de blauwe ‘whisker’ de kwartielen 1 en 3 vormen en de minimale enmaximale waarden worden gekenmerkt door de uiteinden van de blauwe lijnen.

Zeer mee oneens (-3)

Beetje mee oneens (-1)

Beetje mee eens (1)

Zeer mee eens (3)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Scor

e

Toetsonderdeel

Resultaten – Meerkeuzevragen enquête

Figuur 4.6: Resultaten van de meerkeuzevragen van de enquête.

Naast deze boxplot zijn de resultaten van deze meerkeuzevragen ook numeriek weergege-ven in tabel 4.3, waarbij achtereenvolgens de gemiddelde waarde µ, de standaarddeviatie σ,de mate van scheefheid g1 en de kurtosis (platheid) g2 worden vermeld. Hierbij zijn waardesvoor de meerkeuzemogelijkheden toegekend zoals aangegeven in figuur 4.6.

Tabel 4.5: Resultaten van de meerkeuzevragen van de enquête.

# Meerkeuzevraag µ σ g1 g2

1 Dit was een leuk practicum 1.48 1.49 -0.99 1.28

2 Dit was een leerzaam practicum 1.63 1.43 -0.87 0.64

3 Het was duidelijk wat je moest doen bij dit practicum 1.30 1.24 -0.11 -0.43

4 Ik heb het practicum succesvol kunnen uitvoeren 1.56 1.65 -0.57 -1.32

5 Mijn begrip van (de toepassing van) amplitude modula-tie is verbeterd nu ik dit practicum heb uitgevoerd

1.00 1.44 -0.61 0.76

6 Ik vind natuurkunde een leuk vak -0.07 1.79 0.04 -0.72

7 Ik vind natuurkunde een moeilijk vak 1.67 1.49 -0.92 0.38

8 Ik vind het onderdeel “Communicatie” leuk 0.59 1.41 -0.34 0.24

9 Ik vind het onderdeel “Communicatie” moeilijk 1.22 1.47 -0.47 -0.13

Uit zowel de boxplot als de numerieke waarden komt naar voren dat de leerlingen het prac-ticum zowel leuk als leerzaam hebben ervaren, met weliswaar enkele uitzonderingen (blauwelijnen in figuur 4.6). Beide aspecten laten echter wel een duidelijke scheefheid en kurtosis zien,wat erop wijst dat de data niet geheel normaal verdeeld is.


Daarnaast was het voor nagenoeg alle leerlingen duidelijk wat ze moesten doen. De waar-den voor scheefheid en kurtosis zijn relatief klein, wijzend op een (zeer) kleine hoeveelheidleerlingen die het practicum minder duidelijk vond. Een grote meerderheid van de leerlin-gen heeft het practicum succesvol kunnen uitvoeren, waarbij er niet zozeer sprake is van eennormale verdeling in de respons (g2 = −1.32).

Een belangrijke graadmeter voor dit practicum is in hoeverre de leerlingen het gevoel heb-ben dat ze iets van dit practicum hebben geleerd. Uit de antwoorden op de betreffende meer-keuzevraag volgt dat leerlingen enige verbetering hebben ervaren, waarbij er wel een grotespreiding valt waar te nemen (σ = 1.44).

Omtrent de achtergrond van de leerlingen en de voorkeuren en ervaringen binnen hetvak natuurkunde komt naar voren dat veel leerlingen natuurkunde als zowel een lastig alsniet heel leuk vak ervaren. Over de module “Communicatie: Ver en dichtbij” zijn ze echteriets positiever: de meeste leerlingen vinden het onderdeel “Communicatie” leuk en ook ietsminder moeilijk dan het vak natuurkunde als geheel.

Interessante verbanden kunnen naar voren komen wanneer de correlaties tussen de ver-schillende vragen met bijbehorende antwoorden worden onderzocht middels de Pearson cor-relatie coefficiënt. In tabel 4.6 is van alle mogelijke correlaties een overzicht gegeven, waarbij ingroen correlaties worden aangegeven met een significantie lager dan 0.01 en in geel correlatiesmet een significatie lager dan 0.05.

Tabel 4.6: Correlaties tussen de meerkeuzevragen van de enquête (zie ook tabel 4.5).

# 1 2 3 4 5 6 7 8 91 — 0.48 0.52 0.58 0.07 0.22 0.12 0.38 0.29

2 0.48 — 0.19 0.35 0.14 0.12 0.15 0.27 0.11

3 0.52 0.19 — 0.46 0.00 0.14 0.17 0.20 0.13

4 0.58 0.35 0.46 — 0.31 0.33 0.00 0.48 0.10

5 0.07 0.14 0.00 0.31 — 0.17 0.03 0.26 0.10

6 0.22 0.12 0.14 0.33 0.17 — -0.40 0.27 -0.11

7 0.12 0.15 0.17 0.00 0.03 -0.40 — -0.05 0.37

8 0.38 0.27 0.20 0.48 0.26 0.27 -0.05 — -0.17

9 0.29 0.11 0.13 0.10 0.10 -0.11 0.37 -0.17 —

Op basis van de uitkomsten van deze tabel kan een overzicht worden gegeven van desterke, gemiddelde en afwezige correlaties. Hierdoor ontstaat er een goede indruk van deverbanden op basis van de afgenomen enquête. De sterke en gemiddelde correlaties wordenallen gekenmerkt door een significantie lager dan 0.05. Voor de genoemde afwezige correlatiesis dit niet het geval.

Sterke correlatie (0.5–1)

� Leerlingen die het practicum leuk vinden, vinden het duidelijk wat ze moeten doen.� Leerlingen die het practicum leuk vinden, hebben het practicum succesvol kunnen uitvoe-

ren.

Gemiddelde correlatie (0.3–0.5)

� Leerlingen die het practicum leuk vinden, ervaren het practicum ook als leerzaam.


� Leerlingen die het practicum leuk vinden, vinden ook de module “Communicatie” leuk.� Leerlingen die het practicum succesvol hebben uitgevoerd vinden het een leerzaam practi-

cum.� De leerlingen die duidelijk weten wat ze moeten doen kunnen het practicum succesvol

uitvoeren.� Het succesvol uitvoeren van het practicum leidt tot een beter begrip van (amplitude) mo-

dulatie.� Leerlingen die natuurkunde een leuk vak vinden hebben het practicum succesvol kunnen

uitvoeren.� Leerlingen die de module “Communicatie” leuk vinden hebben het practicum succesvol

kunnen uitvoeren.� Leerlingen die natuurkunde niet leuk vinden ervaren het vak als moeilijk (en vice versa).� Leerlingen die natuurkunde moeilijk vinden ervaren ook de module “Communicatie” als

moeilijk (en vice versa).

Geen correlatie (≤ 0.09)

� Voor het verbeteren van het begrip van modulatie en informatieoverdracht maakt het nietuit voor leerlingen of ze het practicum wel of niet leuk vinden.� Voor het verbeteren van het begrip van modulatie en informatieoverdracht maakt het niet

uit voor leerlingen of het duidelijk was wat ze moesten doen bij het practicum.� Voor het succesvol uitvoeren van het practicum maakt het niet uit of leerling natuurkunde

wel of niet moeilijk vinden.� Voor het verbeteren van het begrip van modulatie en informatieoverdracht maakt het niet

uit voor leerlingen of ze module “Communicatie” leuk vinden.� Leerlingen die natuurkunde moeilijk vinden kunnen de module “Communicatie” wel als

leuk ervaren (en vica versa).

4.3 Algemeen

4.3.1 Niveaucorrelatie

Op het gebied van de begripsvorming is zowel het grondniveau als het beschrijvend niveau indetail beschouwd. Het is echter ook de moeite waarde om te onderzoeken of er een verband istussen het grondniveau van een leerling en de score die deze leerling behaalt op het beschrij-vend niveau. Hiervoor zijn de scores van figuren 4.3 en 4.5 tegen elkaar uit gezet in figuur 4.7en is hierbij een lineaire regressie toegepast.

Uit deze analyse blijkt dat de waarde van de Pearson correlatie coefficiënt r = 0.49, watwijst op een nagenoeg sterke correlatie tussen grond- en beschrijvend niveau. Met anderewoorden, op basis van de verkregen gegevens blijkt dat leerlingen die een goed ‘basisniveau’laten zien in de regel ook beter presteren op het gebied van begripsvorming op het beschrij-vend niveau.

4.3.2 Eindscore

Om tot een werkelijk cijfer voor het practicum te komen is een combinatie van de resultatenvan de beide begripsniveaus nodig, tezamen met een completering (waaronder het succes-vol uitvoeren van het practicum) om tot het eindcijfer te komen. Voor de eindcijfers van hetpracticum is uiteindelijk de volgende berekening gehanteerd:

Sectie 4.3 Algemeen 23

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4

Scor

ebe

schr

ijven

dni

veau

Score grondniveau

Correlatie tussen begripsniveau’s

DataLineaire regressie

Figuur 4.7: Correlatie-analyse tussen het grond- en beschrijvend niveau.

Eindcijfer = 1 + 3|indien uitgevoerd + 3× score grondniveau4

+ 3× score beschrijvend niveau4

(4.1)Bij het hanteren van deze berekening hebben leerlingen die het practicum volledig hebben

uitgevoerd sowieso een 4, kunnen ze tot een 7 komen wanneer ze een goed begrip tonen op hetgrondniveau en zijn de hoge(re) cijfers toebedeeld aan diegenen die ook een redelijk tot goedbegrip laten zien op het beschrijvend niveau. Een overzicht van de uiteindelijke eindcijfers isweergegeven in figuur 4.8, gezamenlijk met de normale verdeling.

0

5

10

15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Aan

tall

eerl

inge

n

Cijfer

Eindcijfers – Practicum

Figuur 4.8: Histogram van de eindcijfers voor het practicum.

Uit het histogram komt naar voren dat elke leerling voor dit practicum een voldoende heeftgehaald, maar dat er wel een redelijke spreiding (σ = 0.97) in de cijfers zit. Het gemiddeldecijfer was een 7.03, met als laagste cijfer een 5.5 en als hoogste cijfer een 9.0. De verdelingvan de cijfers laat een redelijke symmetrie zien op basis van de scheefheid (g1 = 0.17), maarfrequent voorkomende cijfers zijn hierbij niet het geval (g2 = −0.82).


4.3.3 Effectiviteit

Middels de analyse-methode voor een practicum van Millar (2010) kan worden gekeken ofdit practicum ook effectief blijkt te zijn: worden de gestelde doelen bereikt? De uitgebreideanalyse van dit practicum is te vinden in bijlage B, waarbij de conclusies van deze analysehieronder bondig worden weergegeven.

Afgaande op de effectiviteit op het eerste niveau — de leerlingen hebben het practicum uit-gevoerd zoals het bedoeld is en ze hebben hierbij de ‘juiste’ zaken gezien — is bij de eerste zescriteria van Millar (2010) een positieve beoordeling te geven. De leerlingen konden namelijkde apparatuur op de juiste manier bedienen en wisten ze middels de practicumhandleidinghet practicum tot een goed einde te brengen. De criteria waaraan dit practicum voldoet zijnhieronder weergegeven:

� Leerlingen weten hoe ze de apparatuur moeten gebruiken.� Leerlingen kunnen de apparatuur en de materialen op een juiste en veilige wijze gebrui-

ken.� Leerlingen kunnen met de apparatuur de gewenste metingen uitvoeren.� Leerlingen kunnen bekende procedures behorende bij het practicum uitvoeren.� Leerlingen kunnen de ‘bijgeleverde’ instructies volgen.� Leerlingen hebben de bedoelde uitkomsten en effecten gezien.

De andere twee criteria behorende bij het eerste niveau zijn minder goed beantwoord doorde leerlingen. Zoals ook te lezen is in bijlage E vinden veel leerlingen het moeilijk om aan tegeven waarom ze dit practicum doen. Daarnaast gaat een dergelijke uitleg vaak gepaard met(te) simpel taalgebruik, waardoor ze het mogelijk wel begrijpen, maar nog niet altijd vanuit depraktijk de koppeling maken met de theorie. Dit betekent dat de resterende twee criteria ophet eerste niveau van effectiviteit nog enige aandacht behoeven:

� Kunnen de leerlingen het doel van het practicum uitleggen?� Spreken de leerlingen in ‘natuurkundige taal’ over het practicum?

Kijkend naar de effectiviteit op het tweede niveau — de leerlingen hebben datgene van hetpracticum geleerd wat de bedoeling was — zijn de resultaten redelijk te noemen. Wederomgebruik makend van de mondelinge beschrijvingen van leerlingen kunnen diverse leerlingenaangeven wat ze bij dit practicum hebben gedaan en bepaalde zaken benoemen met de vakspe-cifieke termen. Op basis van de practicumresultaten en de antwoorden van de leerlingen op deenquête is te stellen dat vele leerlingen van dit practicum hebben geleerd: er is (verbetering inhet) begrip van modulatie en informatieoverdracht (zenden en ontvangen). Hieronder zijn detwee criteria van het tweede niveau van effectiviteit weergegeven toegepast op dit practicum(bijlage B):

� Enkele leerlingen kunnen beschrijven wat ze hebben gedaan en wat ze hebben gezien.� De meeste leerlingen hebben een beter begrip van de leerstof van het practicum.

Hoofdstuk 5

Conclusies en aanbevelingen

5.1 Conclusies

Uit dit onderzoek is een practicum voor de NiNa-module “Communicatie: Ver en dichtbij”ontwikkeld, met de focus op leerlingen in het leerjaar en -niveau van 4 HAVO. Op basis van hetspeciaal ontwikkelde lesmateriaal voor de testfase van deze NiNa-module is geïnventariseerdwelke onderdelen binnen dit materiaal onvoldoende worden afgedekt middels voorgesteldepractica. Hiervoor is gebruik gemaakt van de acht eindtermen voor subdomein B1. Infor-matieoverdracht en de daarbij horende beheersingsniveaus (bijlage A). Uit deze inventarisatiezijn de volgende eisen en specificaties voor het practicum naar voren gekomen:

� Informatieoverdracht tussen een zender en ontvanger uitleggen� Toepassing van begrippen: draaggolf, modulatie en amplitude modulatie (AM)� Werken met apparatuur, maar niet alleen PC/laptop� Koppeling eindtermen� Geschikt voor 4 HAVO

Om tot een daadwerkelijk practicum te komen zijn de bestaande mogelijkheden wereld-wijd onderzocht, zowel op het gebied van ‘kant-en-klare’ AM-kits als practica die uitgebreideren anders van opzet zijn. Uit deze inventarisatie kwam uiteindelijk naar voren dat het wense-lijk was zelf een practicum te ontwikkelen waarbij de gewenste aansluiting op de module ende inpassing van eisen kon worden ingepast.

Met behulp van apparatuur beschikbaar gesteld door de vakgroep Transducers Science andTechnology van de Universiteit Twente is een practicum ontworpen waarbij zenden, ontvan-gen en (amplitude) modulatie centraal staat. De leerlingen werken hierbij aan de hand van eenpracticumhandleiding waarbij ze leren hoe modulatie in de praktijk werkt, welke onderdelenhierbij een rol spelen en hoe eigenschappen die horen bij amplitude modulatie (AM) kunnenworden bepaald. Binnen het practicum zijn enkele ‘extra’ onderdelen aangebracht voor een be-tere koppeling met de eindtermen, zodat dit practicum 5 van de 8 eindtermen van subdomeinB1. Informatieoverdracht afdekt en een goede koppeling met de leerstof realiseert.

Aan de hand van de begripsniveaus van van Hiele (1973) is gekeken naar de mate waarindit practicum bijdraagt aan de begripsvorming van de leerlingen op de genoemde kenmerkenen onderdelen van het practicum. Uit de resultaten van uitvoering van het practicum door 54leerlingen 4 HAVO is gebleken dat deze leerlingen na het practicum een redelijke begripsvor-ming laten zien op het grondniveau. Dit niveau behelst zoal het juiste gebruik van begrippen,plaatsing van modulatie binnen de module, maar ook het onderscheiden van draaggolf en

25

26 HOOFDSTUK 5 Conclusies en aanbevelingen

signaal. Op het beschrijvend niveau laten de leerlingen een twijfelachtig begrip zien, wat aan-geeft dat ze beduidend meer moeite hebben om de essentie van modulatie bij het overdragenvan muziek uit te leggen of een conceptuele beschrijving van amplitude modulatie te geven.Er valt dus vooral op het beschrijvend niveau winst te behalen op het gebied van (de ten doelgestelde) begripsvorming. Uit een analyse van de beide niveaus blijkt er een bijna sterke cor-relatie te zijn tussen beide niveaus: leerlingen die een goed ‘basisniveau’ laten zien presterenin de regel ook beter op het gebied van begripsvorming op het beschrijvend niveau.

Middels een enquête is gekeken naar correlaties op het gebied van de achtergrond en in-teresses van de leerlingen. Enkele redelijk voor de hand liggende correlaties komen hierbijnaar voren, zoals dat leerlingen die het practicum leuk vinden het ook een duidelijk practicumvinden alsmede dat leerlingen die natuurkunde moeilijk vinden dit ook niet een echt leuk vakvinden. Enkele ‘opvallende’ verbanden zijn dat het niet uit maakt voor de begripsvorming ofleerlingen het practicum wel of niet leuk vinden en dat leerlingen die natuurkunde moeilijkvinden de module “Communicatie” wel leuk kunnen vinden.

In algemene zin levert dit practicum een toevoeging en verbetering op voor het begripsni-veau van leerlingen 4 HAVO voor modulatie en informatieoverdracht (zenden en ontvangen).Leerlingen laten voor het practicumcijfer allemaal een voldoende zien, waarvan de meesteleerlingen een ruime voldoende of meer. Op basis van de practicumanalyse van Millar (2010)kan worden gesteld dat het practicum op beide niveaus van effectiviteit een positief oordeelkrijgt, waarbij er op beide niveaus nog enige ruimte voor verbetering is.

5.2 Discussie

Eén van de aspecten die van belang is bij het verbeteren van het begrip van informatieover-dracht en modulatie is de aanwezige voorkennis bij de leerlingen. Als de veronderstelde voor-kennis (deels) niet aanwezig is, dan resulteert dit in vragen en/of onbegrip bij het uitvoerenvan het practicum. Tijdens het afnemen van het practicum kwam dit ook naar voren: in mijnklas bleek het onderwerp modulatie relatief uitgebreid behandeld ten opzichte van de klas vanmijn vakcoach. Bij leerlingen uit de laatst genoemde klas kreeg ik enkele malen de vraag bijaanvang van het practicum wat (amplitude) modulatie eigenlijk is, terwijl dat bij ‘mijn’ leer-lingen veel minder het geval was. Desalniettemin is door het maken van goede (onderlinge)afspraken dit grotendeels te voorkomen.

Een lastig onderdeel van het practicum is de rol van de docent tijdens het practicum, metname aan het begin. Enerzijds moet de docent duidelijk maken aan de leerlingen wat de be-doeling is van het practicum, welke apparatuur er allemaal voor ze klaar en in een notendophoe ze deze moeten bedienen. Anderzijds is het niet de bedoeling hier zeer uitvoerig bij stil testaan: het voorkauw-gehalte gaat omhoog, de leerlingen moeten lang(er) aandachtig luisterenen het kost practicumtijd. Ook tijdens het practicum gestelde vragen dienen slim beantwoordte worden, want in alle gevallen moet de leerlingen op weg worden geholpen, maar wel opeen manier dat hij/zij zelf achter het antwoord komt en niet dat de docent dit geeft. Dit isvooral lastig omtrent het gebruik van apparatuur, want de ene leerling kan op dit gebied ietsheel snel oppikken, terwijl een andere leerling het beduidend lastiger vindt.

Verder was het enigszins onverwacht dat veel leerlingen het werken met veel dure en com-plexe apparatuur eerder leuk dan afschrikwekkend vinden. Vooral bij meisjes viel op dat zezich soms al na 10 seconden vertrouwd voelden met de oscilloscoop en vervolgens met grootsgemak de verschillende signalen juist in beeld brachten. Kortom, een goede constatering dathet werken met technologie niet een bottleneck hoeft te zijn bij practica.

Sectie 5.3 Aanbevelingen 27

5.3 Aanbevelingen

Ondanks de tamelijk succesvolle resultaten die zijn geboekt met dit practicum zijn er enkelezaken die (meer) aandacht verdienen. Belangrijkste punt van aandacht voor het toepassen vandit practicum binnen het voortgezet onderwijs zijn de kosten van alle apparatuur. Mocht eenschool er al voor kiezen dit practicum in de huidige vorm in te zetten, dan lopen de kostenal snel op richting EUR 3.000,-, wat niet te betalen is voor een gemiddelde school. Een moge-lijke oplossing is het inzetten van minder complexe apparatuur (een duur filter van StanfordResearch is niet echt nodig) en inzet van de computer als oscilloscoop.

Daarnaast zou er tussen scholen een rouleringssysteem kunnen worden opgezet om dekosten te verminderen, waardoor het practicum slechts eenmaal hoeft te worden aangeschaften gedurende het hele jaar gebruikt kan worden. Ook zou het Twente Academy Leerlingenlabvan de Universiteit Twente ingezet kunnen worden om dit practicum te faciliteren. Nadeelvan beide opties is dat de jaarplanning voor de leerstof hier ook op moeten worden aangepast.Bovendien levert het practicum een tamelijk zware belasting op voor de TOA, aangezien diebij elk twee-/drietal aanwezig zal moeten zijn ter ondersteuning. Bij de 26 twee- en drietallendie in dit onderzoek zijn geweest betekent dat dus al (minimaal) 26 lesuren. Bij het toepassenvan dit practicum in zowel 4 HAVO als 4 VWO zullen deze getallen alleen maar toenemen.

Voor een verdere verbetering van het begrip, met name op het beschrijvend niveau, is hetop orde hebben van de voorkennis van wezenlijk belang, zodat het practicum een waardevolletoevoeging is. Wanneer ze tijdens het practicum pas voor het eerst in aanraking komen metbegrippen als amplitude modulatie en draaggolf, dan lopen ze als het ware achter de feitenaan. Het is dus aan te bevelen tijdens de lessen ook op theoretisch vlak voldoende aandacht tebesteden aan het nieuwe gedeelte “Telecommunicatie”.

Desalniettemin kan dit practicum een waardevolle toevoeging vormen aan de NiNa-module“Communicatie: Ver en dichtbij”. De leerlingen geven aan dat ze het practicum een leuke toe-voeging vinden aan de leerstof, ze waarderen het dat ze veel zelf mogen doen en bovendienleren ze er ook nog iets van!

28 HOOFDSTUK 5 Conclusies en aanbevelingen

Referenties

Atico (2012). Amplitude modulation and demodulation kit. Advanced Technocracy Inc., India.

Bloom, B. S., editor (1956). Taxonomy of Educational Objectives, the classification of educational goals– Handbook I: Cognitive Domain. McKay, New York.

Bytronic (2010). DSB/SSB AM Receiver/Transmitter. Bytronic Educational Technology, Stafford-shire, UK. Model 7501/7502.

College voor Examens (2010). Syllabus natuurkunde havo en vwo bij het examenprogrammavan nieuwe natuurkunde. Technical report, Utrecht. Werkversie 2.

Commissie NiNa (2010). Nieuwe natuurkunde: advies-examenprogramma’s voor havo envwo. Technical report, Nederlandse Natuurkundige Vereniging.

Dep. of Electr. and Comp. Eng. (2009). EECE 442L – Communications Laboratory. AmericanUniversity of Beirut, Beirut, Libanon. Experiment on Amplitude Modulation and Demodu-lation.

Edibon (2010). Analogue and Digital Modulations Trainer. Technical Teaching Equipment, Ma-drid, Spanje. EMDA.

Frederiksen, S. (2011a). Modulated He-Ne laser 0,5 – 1mW. Frederiksen, Ølgod, Denemarken.Ae 2885.20.

Frederiksen, S. (2011b). Photo detector. Frederiksen, Ølgod, Denemarken. Ae 4895.50.

Giannetta, R. (2012). Physics 404 Modulation & Demodulation Lab. University of Illinois, Urbana-Champaign, Illinois. Modulation and demodulation.

Hart, C., Mulhall, P., Berry, A., Loughran, J., en Gunstone, R. (2000). What is the purpose of thisexperiment? or can students learn something from doing experiments? Journal of Research inScience Teaching, 37(7):655–675.

Hik-Consulting (2008). ST2170 J – DSB-AM Modulation and Demodulation Trainer. Science TechTechnologies Pvt. Ltd., Warszawa, Polen.

Inventech (2012). Trainer kit – Experimental set up laboratory equipments. Laxman Group ofEngineers, Howrah, India. Model No: IND500.

Italtec (2005). Amplitude Modulation and Demodulation. Italtec Technical Training Systems, Fiz-zonasco, Italië. TLA-02 and TLA-03.

Kitek (2007). Analog Communication Lab. Kitek Technologies Pvt. Ltd., Navi Mumbai, India.ACT-08: DSB/SSB Modulation Kit and ACT-09: DSB/SSB Demodulation Kit.

29

30 REFERENTIES

Korst-Fagundes, B. (2009). Experiment # 2 – Amplitude Modulation and Demodulation. Universityof Toronto, Canada. ECE 316.

Kramers-Pals, H. en Bom, P. (2010). Praktisch werk effectiever maken. NVOX, Maart:115–117.

Kumar, G. (2003). Amplitude Modulation and Demodulation.

Millar, R. (2004). The role of practical work in the teaching and learning of science. In HighSchool Science Laboratories: Role and Vision, Washington, DC.

Millar, R. (2010). Analysing practical science activities to assess and improve their effectiveness. TheAssociation for Science Education, Hatfield, Hertfordshire, UK.

Millar, R. en Abrahams, I. (2009). Practical work: making it more effective. School ScienceReview, 91(334):59–64.

Ministerie van OC&W (2012). Regeling examenprogramma’s voortgezet onderwijs. Staatscou-rant, 11101:1–10.

Russell, S. F. (1999). Experiment 2: Amplitude Modulation/Mixer. Ames, Verenigde Staten. EE423.

SSIT (2007). Communications lab manual. Sri Siddhartha Institute of Technology, Tumkur, India.

van Bart, C. en Dorenbos, V. (2005). Systeembord – Gebruikershandleiding. Stichting CMA, Am-sterdam. Beschrijving 0020.

van den Berg, E. en Buning, J. (1994). Practicum: leren ze er wat? NVOX, 19(6):245–249.

van Hiele, P. (1973). Begrip en Inzicht. Muusses, Purmerend.

van Huis, C., Kooij, T., Siersma, P., en Fokkema, D. (2010). Communicatie: Ver en dichtbij. NieuweNatuurkunde, Enschede.

van Raaij, M. (2005). De bijdrage van een applet over golffronten aan begripsontwikkelingrond licht als golfverschijnsel bij 5-vwo leerlingen. Master’s thesis, Instituut ELAN, Univer-siteit Twente, Enschede. Onderzoek van Onderwijs.

Wellington, J. (2005). Practical Work and the Affective Domain: What Do We Know, What ShouldWe Ask, and What Is Worth Exploring Further?, chapter 8, pp. 99–109. Springer.

Bijlage A

Eindtermen HAVO

A.1 Subdomein B1. Informatieoverdracht

A.1.1 Eindterm

De kandidaat kan de eigenschappen van trillingen en golven gebruiken bij het analyseren enverklaren van informatieoverdracht.

A.1.2 Specificatie

De kandidaat kan

1. trillingsverschijnselen in de natuur, in de techniek en bij natuurkundige proeven kwali-tatief en kwantitatief analyseren [4a]1

� en daarbij de volgende vakbegrippen hanteren: uitwijking, amplitude, trillingstijd,frequentie, periode, harmonische trilling, slinger, massa-veersysteem;

2. golfverschijnselen in de natuur, in de techniek en bij natuurkundige proeven kwalitatiefen kwantitatief analyseren [4a]

� en daarbij de volgende vakbegrippen hanteren: lopende golven, golflengte, voort-plantingssnelheid, geluidsnelheid, lichtsnelheid, transversaal, longitudinaal;

3. aan de hand van een meetreeks (u,t) resp. (u,x)-diagrammen maken [3] van trillingen engolven en uit (u,t) en (u,x)-diagrammen de fysische eigenschappen (zie specificaties 1 en2) van de trillingen en golven bepalen [3]

� en daarbij het volgende vakbegrip hanteren: oscillogram,� minimaal in de context van een cardiogram;

4. het verschijnsel staande golf uitleggen [2] en het verband tussen de golflengte en delengte van het trillende medium met behulp van een schets toelichten [2]

� en daarbij de volgende vakbegrippen hanteren: knopen, buiken, resonantie, golf-lengte, grondtoon, boventoon,� minimaal in de context van muziekinstrumenten;

5. informatieoverdracht tussen een zender en ontvanger uitleggen [2]

1Beheersingsniveau, toegelicht in sectie A.2.

31

32 BIJLAGE A Eindtermen HAVO

� en daarbij de volgende vakbegrippen hanteren: draaggolf, modulatie, digitale code-ring pulsmodulatie, amplitudemodulatie, frequentiemodulatie, 3-dB bandbreedte,bit, datatransfer rate,� minimaal in de volgende contexten: GSM (Global System for Mobile Communica-

tions);

6. de volgende formules kwalitatief en bij berekeningen hanteren [3]:

T = 2π

√mC

T = 2π

√lg

f =1T

v = f λ

A.2 Beheersingsniveau’s

Omschrijving van de niveaus:

1. Beheersing op het eerste niveau houdt in dat de kandidaat de leerstof kan reproduceren,variërend van specifieke feiten tot complete theorieën.

2. Beheersing op het tweede niveau betekent dat de kandidaat de leerstof die hij op niveau1 kan reproduceren, ook begrijpt. Onder begrijpen wordt verstaan: inzicht hebben ophet laagste niveau. De kandidaat kan dit laten zien door materiaal te vertalen van deene vorm in de andere (bijvoorbeeld: woorden in cijfers omzetten door een formule inte vullen; een theorie in eigen woorden uitleggen), door het geleerde te interpreteren(uitleggen of samenvatten) of door het te gebruiken in analoge situaties.

3. Beheersing op het derde niveau houdt in dat geleerde en begrepen leerstof gebruikt kanworden in nieuwe en concrete situaties, zonder dat gezegd wordt welke regels, princi-pes, formules, stellingen gebruikt moeten worden: de kandidaat moet zelf het geschikteprincipe of de juiste regel kunnen vinden en in een nieuwe situatie kunnen toepassen.Het gaat in het algemeen wél om opdrachten, waarvoor een vaststaand oplossingspadbestaat.

4. Beheersing op het vierde niveau houdt in dat de kandidaat de leerstof die hij kent, be-grijpt en kan gebruiken langs een vaststaand oplossingspad, ook kan gebruiken om pro-blemen op te lossen, waarvoor het oplossingspad niet evident of vaststaand is. Beheer-sing op het vierde niveau betekent dus dat de kandidaat een eigen strategie moet uitzet-ten. Voor dit beheersingsniveau worden drie subniveaus onderscheiden:

(a) Het oplossen van een gesteld probleem door het te analyseren: de inhoud zodanigontleden in de samenstellende delen dat de onderlinge afhankelijkheid van denk-beelden duidelijk wordt gemaakt.

(b) Het oplossen van het gestelde probleem door na de probleemanalyse te syntheti-seren: de delen en elementen samenvoegen tot een geheel, door het arrangeren encombineren van elementen zodanig dat een patroon of structuur ontstaat die tevo-ren niet duidelijk herkenbaar was.

(c) Het oplossen van een gesteld probleem door middel van evaluatie: het gaat omhet toetsen van feiten, gegevens en oplossingen aan de hand van bepaalde criteria(stelling, onderzoeksrapport, ontwerp). Men moet hiervoor ver boven de stof staanen uiteenlopende oplossingen kunnen beoordelen op hun waarde.

Bijlage B

Analyse practicum

A checklist for analysing and evaluating a single practical activity (Millar, 2010).

B.1 Learning objective(s) (or intended learning outcome(s))

Objective (in general terms) Tick X one boxto indicate themain objective

Learning objective (more specifically) Tick Xone box

A By doing this activity,students should develop theirknowledge andunderstanding of the naturalworld

XStudents can recall an observable featureof an object, or material, or event

Students can recall a ‘pattern’ in observa-tions (e.g. similarity, difference, trend, re-lationship)Students have a better understanding ofa scientific idea, or concept, or explana-tion, or model, or theory X

B By doing this activity,students should learn how touse a piece of laboratoryequipment or follow astandard practical procedure

Student can use a piece of equipment,or follow a practical procedure, that theyhave not previously metStudents are better at using a piece ofequipment, or following a procedure,that they hav previously met

C By doing this activity,students should develop theirunderstanding of the scientificapproach to enquiry

Student have a better general understan-ding of scientific enquiryStudents have a better understanding ofsome specific aspects of scientific enquiry

33

34 BIJLAGE B Analyse practicum

B.2 Design

How open/closed? (Tick X one box)Question given, and detailedinstructions on procedure XQuestion given, and outlineguidance on procedures;some choices left to studentsQuestion given, but studentschoose how to proceedStudents decide the questionand how to proceed

Logical structure of the activity (Tick Xone box)Collect data on a situation,then think about how it mightbe summarised or explained XUse current ideas to generatea question or prediction; col-lect data to explore or testOther. Please describe:

Importance of scientific ideas (to carryout the activity well) (Rate: 4=essential;3=fairly; 2=not very; 1=unimportant)Importance of an understan-ding of scientific ideas 3

What students have to do with objects andmaterials (Tick X all that apply)Use an observing or measu-ring instrument XFollow a standard practicalprocedure XPresent or display an object ormaterialMake an objectMake a sample of a material orsubstanceMake an event happen (pro-duce a phenomenon) XObserve an aspect or propertyof an object, material or event XMeasure a quantity

X

What students have to ‘do’ with ideas(Tick X all that apply)Report observations using sci-entific terminology XIdentify a similarity or diffe-rence (between objects, or ma-terials, or events) XExplore the effect of an out-come of a specific change (e.g.of using a different object, ormaterial, or procedure)

XExplore how an outcome va-riable changes with time XExplore how an outcome va-riable changes when the valueof a continuous independentvariable changes

XExplore how an outcome va-riable changes when each oftwo (or more) independentvariable changesDesign a measurement or ob-servation procedureObtain a value of a derivedquantity (i.e. one that cannotbe directly measured) XMake and/or test a predictionDecide if a given explanationapplies to the particular situa-tion observed XDecide which of two (or more)given explanations best fitsthe dataSuggest a possible explana-tion for data X

Sectie B.3 Presentation 35

B.3 Presentation

How is the purpose, or rationale, commu-nicated to students? (Tick X one box)Activity is proposed by tea-cher; no explicit links made toprevious workPurpose of activity explainedby teacher, and explicitly lin-ked to preceding work XTeacher uses class discussionto help students see how theactivity can help answer aquestion of interestPurpose of activity readily ap-parent to the students; clearlyfollows from previous workActivity is proposed and spe-cified by the students, follo-wing discussion

How is the activity explained to the stu-dents? (Tick X one box)Orally by the teacherWritten instructions on OHPor data projectorWorksheet

X(All or part of) procedure de-monstrated by teacher fore-hand

Whole class discussion before the practi-cal activity begins? (Tick X all that apply)NoneAbout equipment and proce-dures to be used XAbout ideas, concepts, theo-ries, and models that are rele-vant to the activityAbout aspects of scientific en-quiry that relate to the activity

Whole class discussion following thepractical activity? (Tick X all that apply)None

XAbout confirming ‘what wehave seen’Centred around a demonstra-tion in which the teacher repe-ats the practical activityAbout how to explain obser-vations, and to develop con-ceptual ideas that relate to thetaskAbout aspects of investigationdesign, quality of data, confi-dence in conclusions, etc.

Student’s record of the activity (Tick X onebox)NoneNotes, as the student wishesA completed worksheet

XWritten report with a givenformatWritten report in a format cho-sen by the studentOther. Please describe:

B.4 Learning demand

In the light of your entries above, howwould you judge the learning demand ofthis activity? (Rate: 5=very high; 4=fairlyhigh; 3=moderate; 2=fairly low; 1=verylow)Learning demand 4

36 BIJLAGE B Analyse practicum

B.5 Assessment of effectiveness when used

B.5.1 Effectiveness at level (1)

Key question: Did students do what they were intended to do, and see what they were inten-ded to see?

# Question Mainlyyes

Mainly no Not appli-cable

1 Did students know how to use the equipment involved?X

2 Were students able to set up the apparatus, and handle thematerials involved, correctly and safely? X

3 Were students able to use the apparatus with sufficient preci-sion to make the necessary observations or measurements? X

4 Were students able to carry out any routine procedures invol-ved X

5 Were students able to follow any oral or written instructionsgiven? X

6 Did students observe the outcome(s) or effect(s) you wantedthem to see? X

7 Could students explain the purpose of the activity if asked?(what they were doing it for) X

8 Did students talk about the activity using the scientific termsand ideas you would have wished them to use? X

B.5.2 Effectiveness at level (2)

Key question: Did students learn what they were intended to learn?

# Question Most Some Only afew

1 How many students could recall what they did, and the mainfeatures of what they observed? X

Summarise the evidence for your answer above: Bijlage E2 How many students have a better understanding of the ideas

the activity was intended to help them understand? XSummarise the evidence for your answer above: Hoofdstuk 4

Bijlage C

Handleiding practicum

Naam: Klas: Cijfer:

Benodigdheden:

� Toongenerator� Filter (SR 650)� Laptop met Internet� Functiegenerator (Agilent 33220A)� Omhullende detector

� Audioversterker (Philips PW 5175)� Luidspreker� Oscilloscoop (Agilent DS1024A)� Snoeren, kabels en connectoren

Doel:Je gaat onderzoeken hoe informatie wordt overgedragen door het gebruik van amplitude mo-dulatie (AM).

Uitvoeren:Dit practicum bestaat grofweg uit twee delen: eerst ga je onderzoeken wat er gebeurt bij eensignaal met slechts één toon (A en B), daarna ga je verder met de werking van AM-modulatiebij een signaal bestaande uit meerdere tonen (C).

Je voert dit practicum uit aan de hand van de opstelling die hieronder schematisch is weer-gegeven. Links zie je het gedeelte voor het zenden van je informatie, rechts zie je het gedeelteom deze informatie te ontvangen.


Luidspreker


Zenden Ontvangen

Oscilloscoop

37

38 BIJLAGE C Handleiding practicum

Het gedeelte om te zenden bestaat uit drie gedeelten: een geluidsbron die voor de informatiezorgt, een filter om het signaal van de bron te versterken en te filteren, en een modulator. Dezemodulator zorgt ervoor dat aan het signaal een draaggolf wordt toegevoegd, zodat je een am-plitude gemoduleerd (AM) signaal krijgt.

Het gedeelte om te ontvangen bestaat ook uit drie gedeelten: een demodulator die het oor-spronkelijk signaal weer tevoorschijn haalt, een audioversterker voor het versterken van hetontvangen signaal en een luidspreker om het signaal (de informatie) weer te geven.

De signalen die worden gebruikt — het signaal uit de bron, het AM-gemoduleerde signaalen het gereconstrueerde signaal na demodulatie — zul je moeten bekijken. Dit doe je metbehulp van de oscilloscoop.

Praktisch:Gedurende dit practicum ga je werken met veel nieuwe (dure) apparatuur. De bedoeling isdat je zoveel mogelijk zelf probeert te doen. Lukt dit (soms) niet, vraag dan de docent/TOAom tips, hulp en/of advies.

A – Modulatie

� Zet de toongenerator (geluidsbron) aan. Vanwege de gekozen frequentie van de toonge-nerator laten we de luidspreker nog even uit.� Zet de oscilloscoop aan.� Laat de modulator het signaal doorgeven door op de knop “Output” te drukken.� Op het scherm van de oscilloscoop zie je nu drie signalen met elk hun eigen kleur:

� Geel: signaal van de geluidsbron� Groen: het AM-gemoduleerde signaal� Paars: het gereconstrueerde signaal dat naar de luidspreker gaat

� Het AM-gemoduleerde signaal (groen) bevat een draaggolf om de informatie te trans-porteren. Met behulp van het oscillogram op het scherm — wat eigenlijk gewoon een(u,t)-diagram is — ga je uitzoeken welke frequentie deze draaggolf heeft. Draai hier-voor aan de schaal- en positieknoppen die hieronder zijn weergegeven en zorg voor een‘goede’ weergave van de draaggolf.

� Voor een goede analyse zul je het beeld stil moeten zetten. Dit kun je doen met de knop“Run/Stop”, zoals hieronder weergegeven. Met dezelfde knop kun je het beeld ook weerin beweging zetten.

39

� Maak nu een schets van het AM-gemoduleerde signaal in het (u,t)-diagram hieronder.

(u,t)-diagram

Tijd

Span

ning

� Linksboven in het scherm staat de tijdschaal van het (u,t)-diagram. Hierbij betekent (bij-voorbeeld) 10 us: 1 hokje is 10·10−6s. Gebruik deze voor het vinden van de trillingstijd Ten noteer deze hieronder. Bereken vervolgens met T = 1

f de frequentie van de draaggolf.

Trillingstijd: Frequentie:

� Ook de frequentie van het signaal van de geluidsbron (geel) kun je op dezelfde manierbepalen. Doe dit en noteer ook hiervoor de trillingstijd T en frequentie f .

Trillingstijd: Frequentie:

� Vergelijk het signaal van de toongenerator (geel) met het AM-gemoduleerde signaal(groen). Beschrijf wat je waarneemt.


� Bekijk nu het gedemoduleerde signaal (paars) en vergelijk dit met het signaal van detoongenerator (geel). Beschrijf wat je waarneemt.

B – Eén toon

� Stel de frequentie van de toongenerator in op 200 Hz en zet de audioversterker aan.� Het gedemoduleerde signaal (paars) ziet er wat anders uit dan het signaal van de toon-

generator (geel), maar toch hoor je een ‘mooi’ geluid. Geef een verklaring hoe dit kan.

� Is die demodulator nu echt nodig? Koppel de demodulator los en sluit het gemoduleerdesignaal direct aan op de audioversterker.� Beschrijf wat je hoort en geef hiervoor een verklaring.

� Sluit de ontvanger (demodulator) weer aan.� Zet nu de audioversterker uit.� Verlaag de draaggolffrequentie naar 400 Hz. Dit doe je door op de knop “Sine” van de

modulator te drukken en vervolgens de aanwijzingen op het scherm te volgen.� Zet de audioversterker weer aan.� Bekijk het oscillogram en luister naar het geluid van de luidspreker. Is er nog sprake van

een draaggolf en AM-modulatie? Leg uit waarom wel/niet.

41

C – Radio

Het luisteren naar één toon is handig om leren hoe AM (amplitudemodulatie) werkt, maarerg veel informatieoverdracht is dit niet. We kunnen ook naar meerdere tonen luisteren enonderzoeken of we AM kunnen gebruiken om deze informatie te transporteren.

� Koppel de toongenerator los, zet de modulator weer op de ‘juiste’ frequentie en vraag dedocent/TOA de laptop klaar te maken voor gebruik.� Haal Internet te voorschijn, ga naar de website “http://www.nederland.fm/” en kies je

favoriete radiozender.� Controleer of je nu via de luidspreker kunt luisteren naar de radio.

� Op de oscilloscoop zie je dat het beeld niet ‘stilstaat’. Leg uit waardoor dit komt.

� Je gaat nu onderzoeken of er nog steeds sprake is van amplitudemodulatie. Hiervoor zulje het beeld stil moeten zetten. Dit kun je doen met de knop “Run/Stop”, zoals hieronderweergegeven. Met dezelfde knop kun je het beeld ook weer in beweging zetten.

� Zet het beeld stil en zorg voor een ‘mooi’ beeld. Maak een schets van het AM-gemoduleerdesignaal (groen) in het (u,t)-diagram hieronder.

(u,t)-diagram


TijdSp

anni

ng

� Met behulp van de schaal- en positieknoppen kun je het radio-signaal (geel) op zo’nmanier op het scherm van de oscilloscoop krijgen dat je dit goed kunt vergelijken methet AM-gemoduleerde signaal (groen) en het gedemoduleerde signaal (paars). Doe dit.� De ontvanger (demodulator) — bestaande uit een diode, weerstand en condensator —

is een zogenaamde ‘omhullende detector’. Leg uit waarom deze ontvanger zo genoemdwordt.

— EINDE —

Bijlage D

Enquêteformulier

Naam: Klas:

1. Dit was een leuk practicum.

o Helemaal mee eens o Beetje mee eens o Niet zo mee eens o Helemaal niet mee eens

2. Dit was een leerzaam practicum.


3. Het was duidelijk wat je moest doen bij dit practicum.


4. Ik heb het practicum succesvol kunnen uitvoeren.


5. Mijn begrip van (de toepassing van) amplitude modulatie is verbeterd nu ik dit prac-ticum heb uitgevoerd.


6. Ik vind natuurkunde een leuk vak.


7. Ik vind natuurkunde een moeilijk vak.


8. Ik vind het onderdeel “Communicatie” leuk.


9. Ik vind het onderdeel “Communicatie” moeilijk.


43

44 BIJLAGE D Enquêteformulier

De antwoorden op de onderstaande vragen mag je mondeling geven; deze worden opgeno-men met een voice recorder.

A) Hoeveel tijd heb je aan dit practicum besteed?

B) Hoe wordt informatie overgedragen door het toepassen van amplitude modulatie?

C) Noem zoveel mogelijk begrippen uit “Communicatie” die je tijdens dit practicumbent tegengekomen.

D) Wat zijn volgens jou sterke onderdelen van het practicum?

E) Wat zijn volgens jou onderdelen van het practicum die kunnen worden verbeterd?

F) Beschrijf in eigen woorden en maximaal één minuut wat er bij deze proef gebeurt.

G) Kun je een praktische toepassing noemen waar (amplitude) modulatie in gebruiktwordt en uitleggen hoe dat ongeveer werkt? Waarom maken ze in die toepassingeigenlijk gebruik van modulatie?

Bijlage E

Transcripties

Hoeveel tijd heb je aan dit practicum besteed?

1. 40 minuten.2. 45 minuten.3. 50 minuten (iets meer).4. 50 minuten.5. 50 minuten (iets meer).6. 50 minuten.7. 40 minuten.8. 50 minuten.9. 50 minuten.

10. 70 minuten.11. 45 minuten.12. 50 minuten.13. 50 minuten.

14. 40 minuten.15. 50 minuten.16. 55 minuten.17. 50 minuten.18. 50 minuten.19. 50 minuten.20. 35 minuten.21. 40 minuten.22. 70 minuten.23. 60 minuten.24. 40 minuten.25. 50 minuten.26. 90 minuten.

Hoe wordt informatie overgedragen door het toepassen van amplitude modulatie?

1. ...2. Via frequenties.3. Geen idee.4. ...5. Wordt overgedragen door golven.6. ...7. Dan maken ze gebruik van een draaggolf. Die wordt dan eerst gemoduleerd, zodat de

draaggolf er aan toe wordt gevoegd. Dan verzenden ze het, en dan haalt de demodulatordie haalt dan de draaggolf uit elkaar en dan wordt het verder gestuurd.

8. Toch met een draaggolf?9. Wordt door een draaggolf uitgezonden, en dan wordt er ook een signaal mee getrans-

porteerd.10. Dat de trillingen worden omgezet in geluid.11. Dat het eerst gedemoduleerd wordt en daarna weer gemoduleerd.12. Door geluid ontstaan er golven die worden overgedragen door de draaggolf. Na de

versterker wordt dit weer omgezet in geluid.13. Je hebt een golf van geluid en die wordt gemoduleerd; je krijgt dan een draaggolf erbij.

Die draaggolf wordt dan weer weggefilterd en dan heb je weer geluid.

45

46 BIJLAGE E Transcripties

14. De frequentie die uitgestuurd wordt. De modulator ontvangt en moduleert naar eenander signaal en dit signaal wordt weer gedemoduleerd.

15. In de amplitude worden dan draaggolven toegevoegd en daarin zit meer informatie overgolven. Daar kun je dan muziek mee maken en verschillende tonen.

16. De signalen worden daar omgezet in andere signalen (zoals geluid).17. Via golven.18. Geen idee.19. Je brengt geluid over door middel van de amplitude.20. Via bepaalde golven. Je versterkt het signaal.21. Door middel van een draaggolf.22. Je haalt de draaggolf eruit zodat het geluid maakt.23. Door middel van geluidsgolven en het draagsignaal.24. Geen idee.25. Hebben we dat ooit gehad? Dat heeft meneer Rabbering nooit behandeld.26. Er wordt een signaal overgegeven aan de draaggolf, die neemt het mee. Daarna wordt

de draaggolf er weer uitgefilterd (toch?).

Noem zoveel mogelijk begrippen uit “Communicatie” die je tijdens dit practicumbent tegengekomen.

1. Frequentie, buik, knoop, trillingstijd, amplitude modulatie, modulator, demodulator, fil-ter, geluidsbron

2. Frequentie, Hertz, amplitude, trilling, geluid, microgolven3. Draaggolf, amplitude, Hertz, frequentie, AM4. Frequentie, amplitude, modulatie, Hertz, demodulator, luidspreker, geluidsbron, tril-

lingstijd, (u,t)-diagram, buiken, knopen5. Modulatie, amplitude, (u,t)-diagram, golven, longitudinale golven, staande golven, lig-

gende golven, grondtoon, boventoon6. AM, demodulator, audioversterker, luidspreker, ontvanger, oscilloscoop, modulator, fil-

ter, geluidsbron, zenden, practicum, communicatie, informatieoverdracht7. Frequentie, trillingstijd, geluidsbron, audioversterker, luidspreker, demodulator, oscillo-

scoop, modulator, informatieoverdracht, filter, draaggolf8. Frequentie, trillingstijd, draaggolf, amplitude9. Frequentiemodulatie, frequentie, Hertz

10. Amplitude, frequentie, tijd, demodulatie11. Longitudinale golven, transversale golven, staande golven, harmonische trilling, sinus-

functie12. Draaggolf, modulatie, frequentie, Hertz, AM, knopen, buiken, golven13. Trillingstijd, frequentie, (u,t)-diagram, AM, FM, harmonische trilling, grondtoon, boven-

toon, gemoduleerd signaal, draaggolf14. Amplitude, frequentie, periodetijd, modulator, demodulator15. Golfsnelheid, lambda, lopende golven, transversale golven, staande golven, amplitude,

draaggolven, frequentie, toonhoogte16. Amplitudemodulatie, toongenenerator, oscilloscoop, demodulator17. Amplitude, frequentie, trillingstijd, amplitudemodulatie, demodulator18. Signalen, demodulator, golf, trilling, filter, generator, versterker, luidspreker, oscillo-

scoop, draaggolf, gemoduleerd signaal19. Frequentie, amplitude, trillingstijd, oscilloscooop, generator, demodulator, modulator,

47

audioversterker, box20. Modulator, frequentie, amplitude, demodulatie, versterking, filter, communicatie21. Golf, amplitude, frequentie, geluidsbron, luidspreker, ontvanger, zender22. Amplitude, tegenfase, tijd, trillingstijd, frequentie, Hertz, secondes, kiloHertz23. Oscilloscoop, geluidsbron, filter, modulator, demodulator, audioversterker, luidspreker,

ontvangen, zenden24. Frequentie, trillingstijd, amplitude, modulatie, demodulatie, tonen, draaggolf25. Amplitude, Hertz, frequentie, kilohertz, Megahertz26. Modulatie, draaggolf, frequentie, signaal, trillingstijd, tijd, versterker

Wat zijn volgens jou sterke onderdelen van dit practicum?

1. Je kunt zien hoe die golven er in het echt uit zien.2. Je kunt de lijnen zien en dat deze veranderen.3. Dat het gewoon leuk is. Muziek! Je kunt de golfjes zien.4. De oscilloscoop.5. Dat je zelf allemaal dingen moet doen. Je kunt het zelf ontdekken!6. Je kan veel klooien met de knopjes. Best wel grappig hoe het nu allemaal eruit ziet. Ook

hoe het precies van geluidsbron naar ontvanger komt.7. Je kan echt zien wat er gebeurt, is niet alleen maar theorie (zoals in de les). Hier leer je

ook veel meer van.8. Dat je met muziek en geluid bezig bent.9. Dat je allemaal ziet hoe het in het echt gaat (en niet uit het boek).

10. Dat je alles op een schermpje kunt zien (hoe die trillingen lopen). Ook wat het verschil istussen één toon en radio (meerdere trillingen).

11. Het onderdeel met de radio.12. Dat je zelf kon experimenten, je bent vrij om dingen te doen.13. Berekenen. Met die apparatuur, dat is goed bedacht.14. Het in de praktijk brengen van onderdelen. Alles was goed aangegeven.15. Dat je het in de werkelijkheid gebruikt en niet uit het boek. Je legt verband tussen de

golven en de muziek. Het is een ander practicum dan normaal.16. Ik vond het wel interessant hoe het nu eigenlijk worden omgezet. Muziek en hoe je

hiermee werkt. Ik dacht dat het saai zou zijn, maar het is best wel interessant!17. Het zelf instellen van apparaten.18. Aflezen van de lijnen was niet zo moeilijk. Leuk om te kijken hoe je eigen radiostation

eruit ziet op het scherm.19. Dat je zelf aan het ding kan werken en aan de knopjes draaien. Dat je zelf een liedje mag

uitzoeken.20. De formule met frequentie berekeningen, op zich beheers ik die formule wel. Het is leuk

om met apparatuur te werken die je normaal nooit tegenkomt.21. De muziek.22. De uitleg van hoe je nu precies met trillingen omgaat en hoe je de draaggolf eruit kunt

halen.23. Vond het moeilijk te begrijpen.24. Je mag veel zelf doen. Het is best simpel.25. We mochten veel zelf doen met instellen. En de muziek, dat je die kunt horen.26. Het is gewoon heel erg leerzaam. Je moet wat je dit hoofdstuk hebt gelezen toepassen

in dit practicum; het sluit er goed op aan. Je ziet echt hoe je de informatie uit de golven


kunt halen.

Wat zijn volgens jou onderdelen van dit practicum die kunnen worden verbeterd?

1. ...2. Iets beter uitleg over de apparatuur — wat je er precies mee kunt.3. Is goed zo.4. Niks.5. Dat de apparaten allemaal dezelfde naam hebben; soms staat er in de handleiding iets

anders.6. Het geluid.7. De aan-knop is niet heel duidelijk te zien.8. ...9. Muziek moet harder.

10. Dat het meteen wordt nagekeken, zodat je niet door gaat met fouten.11. Sommige golven hadden we in de les nog niet gehad.12. Sommige vragen niet heel erg duidelijk.13. Geen storing in het signaal (los contact in demodulator). Meer uitleg vooraf.14. ...15. Prima.16. In het begin snapte ik het nut er niet van, maar later snapte ik het wel.17. Is goed uitgelegd.18. Beetje raar hoe dat werkt met omrekenen van 200 us.19. Was even onduidelijk hoe die toongenerator werkt, maar eigenlijk was het wel heel sim-

pel.20. Het was niet helemaal duidelijk waar je precies moest aflezen; het kan nog iets preciezer.

Voor de rest was het wel prima.21. Iets meer uitleg van te voren.22. Dat de apparatuur niet in het Amerikaans wordt ingesteld (punten en komma’s)23. De uitleg; ik snapte niet waar alles voor diende.24. Niet zo heel veel.25. Ik vind het moeilijk dat we het boekje nooit behandeld hebben.26. Het is een duidelijk en geschikt practicum met goede apparaten.

Beschrijf in eigen woorden en maximaal één minuut wat er bij deze proef gebeurt.

1. We gaan eerst de trillingstijd zoeken en dan de frequentie berekenen van een golf. Ditdoen we bij alle apparaten. We gaan de golven van alle apparaten met elkaar vergelij-ken en zoeken verklaringen waarom de golven samenvallen en wat elk apparaat noueigenlijk doet.

2. We hebben een toon gegenereerd met een geluidsbron, deze hebben we via een oscillo-scoop kunnen lezen en uiteindelijk is deze geluidsbron naar een versterker gegaan enheeft die geluid maakt. De trilling is twee keer veranderd: door de paal en door dedemodulator.

3. Je zendt een signaal uit met een bepaald aantal Hz. Je gaat dan kijken hoe dat met deAM zit, hoe die golven werken. En dan kijken of er geluid komt. Daarna ga je een radiodoorsturen en kijk je wat er gebeurt met al die golven (hoe dat nu eigenlijk in elkaar zit).

4. De muziek gaat via allemaal apparaten naar de luidspreker. Met meerdere apparaten

49

kun je dingen veranderen in het geluid en er dan naar luisteren.5. Je gaat een soort van golf uitzenden, dan ga je die bekijken op een monitor. Dan moet je

kijken hoe die golven doen en dan doe je dat nog een keer met radiofrequenties en metmeerdere trillingen. Ook moet je berekenen wat de Hz en trillingstijd is.

6. Je hebt muziek, dat wordt overgestroomd naar het filter en dan gaat het naar de modula-tor. De oscilloscoop laat allemaal straaltjes zien hoe het geluid gaat. Met de audioverster-ker en de luidspreker kun je het geluid horen. Het geluid moet wel door de demodulator,anders hoor je niks.

7. Je stuurt een signaal (maakt niet uit wat) naar het filter, die het versterkt. Daarna wordthet naar een modulator gestuurd die het codeert (met 1-tjes en 0-tjes). Dan wordt het viatwee wegen doorgestuurd. De ene gaat naar de oscilloscoop zodat je alles kunt zien, deandere naar de demodulator, die ook weer naar de versterker gaat, zodat je het geluideruit haalt.

8. Hoe de golf uiteindelijk bij de luidspreker komt (welke weg die dus aflegt).9. Je hebt een geluidsbron, daar doe je een liedje op en dat wordt versterkt door het filter.

Op de oscilloscoop kun je de golven en trillingen bekijken en dan wordt die door deversterker uitgezonden.

10. Er wordt een signaal uitgezonden vanuit de geluidsbron en dat wordt via apparatendoorgestuurd naar de demodulator. Deze zet de trillingen om in geluid en dat wordtdan naar de luidspreker gestuurd.

11. Het signaal wordt gefilterd en gemoduleerd. Daarna kunnen we kijken hoe de golvenlopen. Vervolgens worden deze weer gedemoduleerd en naar de versterker gestuurd.

12. Je zet het geluid aan en dan komt er een golf, die ontstaat in de modulator. Die zendt degolf uit naar de versterker en de demodulator en dan ontstaat er geluid.

13. Je hebt geluid, daar wordt de bas van weggefilterd (< 100 Hz) en wordt gemoduleerd.Daarna wordt het weer gedemoduleerd en wordt het versterkt. Dan komt het op de spea-ker en heb je nog een apparaat dat aangesloten is op verschillende onderdelen waarmeeje waardes af kan lezen.

14. De toongenerator produceert een toon en deze wordt door de modulator gemoduleerd.Dit kun je zien op een oscilloscoop. Dit signaal gaat door de demodulator en de ver-sterker dan kun je horen wat je eigenlijk genereert. Dit kun je allemaal aflezen op deoscilloscoop.

15. Je maakt geluid met de toongenerator, die wordt doorgestuurd door het filter. In demodulator wordt dit omgevormd en dan gaat ie naar de oscilloscoop. Daarna wordt hetgedemoduleerd. Op de oscilloscoop kun je de drie golven zien. Op de speaker kun je detoon horen uit de demodulator.

16. Signalen worden omgezet in tonen.17. Je moet eerst onderzoeken wat de frequentie is bij een ‘mooi’ geluid. Dan moeten we

een schets maken van wat de oscilloscoop aangeeft. Dan moeten we laptop aansluitenen kijken wat er veranderd.

18. Je zet muziek erop en dan komen er trillingen op het scherm en dan zie je hoe de trillin-gen worden omgezet in muziek op de luidspreker. Er wordt een toon gemaakt die niethoorbaar is en wordt door kabels vervoerd, uiteindelijk naar de luidspreker.

19. Je zendt geluid uit en dat komt in zo’n antenne. De demodulator zet het dan om en danheb je geluid. En het gaat door allerlei apparaatjes heen. Zonder demodulator kan hetniet.

20. Je moet golven op verschillende frequenties beschrijven en vergelijken met elkaar. Ookberekeningen doen aan bijvoorbeeld golflengtes. Je kijkt ook hoe het geluid verandert


als je de demodulator er tussen uit haalt. Ook kijk je hoe het geluid verandert wanneerje de frequenties verandert.

21. Door middel van een toongenerator zendt je zo’n frequentie uit. Dat wordt een golfje enwordt daarna gedemoduleerd. Dan hoor je geluid.

22. Je vertaalt de muziek naar de box. Je verplaatst geluid.23. Het geluidssignaal wordt via de modulator en de oscilloscoop naar de versterker ge-

stuurd. Bij de oscilloscoop zie je de geluidsgolven wat er naar de versterker gaat, naarde box gaat en wat er van terug komt.

24. We hebben een toon gemaakt en toen de draaggolf er aan toegevoegd. Eerst werd hetgefilterd en toen werd de draaggolf er aan toegevoegd. Vervolgens werd de draaggolf eraf gehaald en toen uiteindelijk via de luidspreker laten horen.

25. Er gaat een toon van de toongenerator naar het filter. Dan wordt er bij de modulator eendraaggolf aan toegevoegd. Op de oscilloscoop kun je dit dan zien. Bij de demodulatorwordt de draaggolf eruit gehaald en dan kun je het horen bij de luidspreker.

26. Er wordt een signaal afgegeven, en dan wordt er bij de modulator een draaggolf aantoegevoegd. De demodulator filtert deze draaggolf er weer, zodat het signaal over blijften een klein beetje ruis. Dan komt het er uit en krijg je geluid.

Kun je een praktische toepassing noemen waar (amplitude) modulatie in gebruiktwordt en uitleggen hoe dat ongeveer werkt? Waarom maken ze in die toepassingeigenlijk gebruik van modulatie?

1. Radio. Als je de frequentie verandert, dan verandert de golf ook. Dit doen ze om eenzuiver signaal te krijgen.

2. Telefoon (als je belt). Zelf ben je de geluidsbron, dan gaat het via allemaal netwerkjes, endan naar een versterker, die ontvangt het weer.

3. Vliegtuigen. Geen idee hoe dat werkt. Als je modulatie toepast is dit makkelijker danom alles in één toon te stoppen.

4. ...5. Radio, die stuurt golven uit. Een telefoon heeft dat ook (SMS). Je kunt met modulatie

communiceren over verre afstand.6. DJ’s en radiozenders (piratenmuziek). Deze zenden het groene signaal uit en wordt op-

gevangen via demodulator en met een versterker en luidspreker kun je het dan beluiste-ren. Met modulatie kun je geluid over een lange afstand brengen.

7. Radio. Je kunt iedereen makkelijk bereiken, geen kabels nodig!8. ...9. Radiostations. Gebruiken zo ook deze golven; je hebt bij radio AM en FM. Ze gebruiken

het omdat het al heel oud is; het kan gewoon niet makkelijker.10. Boxen van laptop of radio, zodat ze de uitgezonden trillingen kunnen omzetten. Zonder

modulatie krijg je geen geluid.11. Bij de radio. Werkt ongeveer hetzelfde als bij dit practicum. Zonder modulatie krijg je

het er niet goed op.12. Radio/studio. Ze gebruiken het om muziek te maken; ze kijken dan naar bijvoorbeeld

de hoeveelheid beats. Met modulatie kunnen ze het geluid overbrengen naar anderemensen.

13. Radio. Met modulatie kan het signaal weer terugkaatsen als het ergens tegenaan botst(interferentie). Ze passen het toe om het signaal goed te horen (zonder storingen).

14. Radio. Werkt ongeveer hetzelfde. Ze moduleren zodat het draadloos kan.

51

15. Radiogolven. Als je gaat bellen en dat in die trilling de spraak zit. Ze passen modulatietoe zodat het door de lucht kan.

16. Radiostation. Het werk zoals dit, maar ze gebruiken betere apparatuur. Ze modulerenzodat er mooi geluid uit komt.

17. Microfoon op de school of concert. Dat die trillingen worden gemoduleerd en dat er daneen mooi geluid uitkomt. Als je modulatie niet toepast dan hoor je niks.

18. Radio en vliegtuigen. Werkt toch hetzelfde als dit? Zonder modulatie heb je geen geluid.Als een ander gebouw dezelfde toon uitzendt dan stoort dit met elkaar.

19. Radio en piratenzenders. Je hebt een vinyl-single en die leg je op een platenspeler (zelfdeals een laptop), dat gaat naar een mengpaneel en daarna met een modulatie-kabel naarde zender, die gaat naar de verticaal en de mast, die zendt hem uit. Modulatie versterkthet signaal. Een demodulator heb je nodig om het signaal weer om te zetten, anders hebje geen geluid.

20. Radio. Ik weet eigenlijk niet waarom ze dat doen, misschien om het uit te zenden? Maarwaarom ze dan zo moeilijk doen?

21. SMS. Gaat ook via golven. Iemand zendt het, gaat het ergens heen, en dan ontvangtiemand het. Anders wordt het geluid niet zo gevormd zodat je het kunt horen.

22. Mobieltjes. Gaat eerst naar de mast en naar de satelliet, en dan komt het weer op aarde.Ze gebruiken modulatie omdat je allemaal obstakels tegenkomt.

23. Geheime zender. Werkt net zoiets als dit. Je hebt een geluidsbron, daar komt stroom uit.Dat wordt omgezet in elektrische signalen en die zend je uit via de mast. Met de radio bijmensen thuis wordt de frequentie omgezet en komt het in de luidspreker. Met modulatiegaat dit sneller en heb je zuiver geluid.

24. Radio en muziek maken. Ze passen modulatie toe voor een goed en zuiver geluid.25. Radiozender. Dat werkt met zendmasten, zodat je meer bereik hebt. Het is ook handig

wanneer je je verplaatst met de auto.26. Radio. Werkt ongeveer hetzelfde. Ze doen dit voor een beter bereik.

Naar een informatieoverdracht-practicum voor het NiNa ...

Documents

Transcript of Naar een informatieoverdracht-practicum voor het NiNa ...