Barendse, Bas, Ontwerponderzoek, Natuurkunde

(1)

Eindpaper ontwerponderzoek Bas Barendse bas.barendse888@gmail.com 10188622 voorjaar 2018 Samenvatting:

Tijdens de lessen in VWO 4 is vastgesteld dat de leerlingen weinig intrinsieke motivatie ervaren. Er wordt onderzocht of een lessenreek op basis van 6 ontwerpregels de motivatie van de leerlingen positief kan beïnvloeden en of dit invloed heeft op de leerprestaties van de leerlingen. In de lessenreeks werken de leerlingen in zelfstandige groepjes met een

gemeenschappelijk doel en tussentijdse feedback. Ook worden er practica in het lesprogramma verweven.

Met twee enquêtes is gemeten of de motivatie van de leerlingen is verbeterd gedurende deze lessenreek. De resultaten waren negatief. Deze lessenserie had een significant negatief effect op de motivatie. Echter uit de resultaten van de enquête kan niet worden afgeleid of dit te wijten is aan de ontwerpregels zelf of de implementatie daarvan. Door een wijzigingen in de planning is de invloed op de leerprestaties nog niet onderzocht.

(2)

Probleembeschrijving en analyse

Vanuit de sectie is er de wens aangegeven om het onderwijs op een aantal punten te vernieuwen. Op dit moment wordt het onderwijs bij natuurkunde in de bovenbouw vrij

klassiek ingericht. Veel zelf oefenen met de oefenstof, klassikale instructie en bespreken van een aantal oefeningen. Het vermoeden is dat wanneer het vak natuurkunde een heel jaar voornamelijk op deze wijze ingericht wordt, de motivatie van leerlingen voor het vak verslapt. Tijdens de lessen VWO 4 kwamen de oa volgende punten naar voren:

 Tijdens de les noemen leerlingen oefeningen bij het hoofdstukken over klassieke mechanica (krachten, beweging) ‘saai’.

 Controles zijn noodzakelijk om leerlingen door de periode aan het werk te houden. Ander beginnen ze pas vlak voor de toets met oefenen en leren.

Een voorbeeld: Chiem, een leerling uit VWO 4 geeft in de les aan dat hij geen opgaven wil maken. Hij heeft hier nooit zin in, zegt hij. Dit is ook aan zijn houding af te lezen. Dit is een jongen die vaak te laat zijn opgaven maakt.

Dezelfde leerling komt ook naar mij toe nadat we een nieuwsfragment en een klein stukje uitleg over zwaartekrachtsgolven hebben besproken in de les. Hij geeft aan dat hij dit leuk vond en of we dit vaker kunnen doen.

Andere collega’s die in de 3de en 4de klas lesgeven geven eenzelfde beeld. In de woorden van mijn collega van de 3de_{klas: “Leerlingen ervaren het vooral als een last, een}

struikelblok.” Ook hij ervaart dat leerlingen weinig motivatie hebben om aan het werk te gaan bij deze huidige klassieke lesopzet.

In de vwo 4 groep is er een enquête afgenomen met 25 respondenten om na te gaan of het vermoeden klopt dat leerlingen weinig intrinsieke motivatie hebben om in de huidige lesopzet aan het werk te gaan met de oefenopgaven, in de les of thuis. De resultaten (met vragen) staan weergegeven in bijlage A. Bij de eerste 8 vragen moeten de leerlingen aangeven hoezeer de stelling op hun van toepassing is op een schaal van 1 tot 4. 1 = past nooit bij mij, 4 = past altijd bij mij. De twee vragen daarna zijn open om feedback van de leerlingen te vergaren. Voor het afnemen en verwerken van de resultaten is het programma google formulieren gebruikt.

Uit de 8 gesloten vragen kun je de volgende punten afleiden:

- Leerlingen vinden het huiswerk voor natuurkunde en de natuurkunde lessen over het algemeen minder leuk dan bij andere vakken.

- Over het algemeen vinden leerlingen de opdrachten in de les en de les in het algemeen niet leuk.

- Ook geeft het merendeel aan dat ze tijdens de les niet heel veel gedaan krijgen. - Bovendien geven leerlingen aan dat extrinsieke motivatie een belangrijkere drijfzweer

is dan intrinsieke motivatie.

Doordat de stellingen positief verwoord zijn en de hierboven genoemde conclusies negatief, kun je deze conclusies niet direct maken. Maar omdat de percentages bij alle vragen vrij groot zijn, is het aannemelijk om dit te concluderen. Het geeft ook genoeg informatie om te beargumenteren dat de leerlingen op dit moment weinig intrinsieke motivatie ervaren, wat de kern van deze probleemstelling is.

De feedback gegeven in de laatste twee vragen van de enquête kan later bij het ontwerpen van een oplossing worden gebruikt.

(3)

Ook vanuit de vaksectie kwam dit probleem naar voren. In het laatste sectie overleg is vastgesteld dat de vaksectie de komende jaren een aantal modules anders wil gaan inrichten. Dit met twee doelen: de motivatie bij de leerlingen vergroten, en meer aansluiting vinden bij de 21ste eeuwse vaardigheden. Dit laatste ook op aanbeveling van de

schoolleiding.

De 21ste eeuwse vaardigheden waaraan gedacht kan worden zijn bijvoorbeeld:  Probleem oplossen

 Computational thinking  Samenwerken

 Communiceren  Kritisch denken

Het gaat hier om een lange termijn visie. De wens voor dit onderzoek is om te onderzoeken welke lesopzet bij bijvoorbeeld het hoofdstuk energie en arbeid kan bijdragen aan het vergroten van de motivatie en of dit een positief effect heeft op de resultaten van de leerlingen.

Voor dit onderzoek zal er gefocust worden op deze 4VWO groep, maar bij positieve resultaten kan dit onderzoek uitgebreid worden naar meerdere klassen en leerjaren. Uit de literatuur is bekend dat motivatie en leerprestaties sterk gekoppeld zijn. Ook is het duidelijk dat over het algemeen de motivatie bij natuurkunde vakken en de inschatting van het eigen leervermogen bij natuurkunde tijdens de middelbare schoolperiode afneemt (Wang et al. 2017 and references therein).

Hoewel dit artikel onderzoek heeft gedaan binnen Amerikaanse scholen is het verstandig om hier ook bij ons op school waakzaam voor te zijn. Het is zonde als leerlingen gemotiveerd binnen komen en gedemotiveerd de deur uit. Daarom vind onze sectie het erg belangrijk om te blijven innoveren en de intrinsieke motivatie van leerlingen te blijven stimuleren. Dit onderzoek is hier een onderdeel van.

Mogelijke oplossingen

Om te bedenken welke oplossingen kunnen bijdragen aan het verbeteren van de motivatie van leerlingen moeten we eerst kijken naar welke factoren er ten grondslag liggen aan de motivatie.

Keller (1987) beschrijft dat de motivatie van leerlingen over het algemeen afhangen van 4 factoren: aandacht, relevantie, vertrouwen en voldoening. In de mogelijke oplossingen zal dan op zijn minst een van deze factoren worden verbeterd.

Vanuit een anders perspectief argumenteren Ryan & Deci (2000) dat intrinsieke motivatie naar voren kan komen als aan de basisbehoeftes: autonomie, competitie en relatie is voldaan. Deze basisbehoeftes versterken zou dus een onderdeel van de oplossing kunnen zijn.

Mogelijke oplossingen om de motivatie bij leerlingen te vergroten bij klassieke onderwerpen zoals Arbeid en energie:

Practica

Hoewel practica niet direct de leerprestaties verbeteren kunnen practica gebruikt worden voor het motiveren van leerlingen (van den Berg & Buning 1994). Een mogelijke oplossing zou dan ook zijn om de oefenstof deels te verweven met practica. Hierbij wordt de theorie in een herkenbare situatie geoefend. Het onderwerp wordt hierdoor iets relevanter, dit sluit dus aan op de bovengenoemde factoren voor motivatie. Door het practicum samen uit te voeren zit hier ook een sociaal en samenwerkings component in, hetgeen weer aansluit op de gewenste 21ste eeuwse vaardigheden en op de basisbehoefte relatie.

(4)

Het nadeel van practica is dat de motiverende werking vaak zit in de variatie ten opzichte van de andere lessen die dag en dat de motivatie snel weer weg kan zijn wanneer het praktische gedeelte voorbij is (Abrahams 2009).

De wens om meer practica te doen wordt ook teruggegeven door een van de leerlingen. Feedback

Weinig vertrouwen of voldoening kan een negatieve invloed hebben op motivatie. Door leerlingen iedere les van (positieve) feedback te voorzien kan het vertrouwen en gevoel van competentie gestimuleerd worden. Uit literatuur blijkt ook dat formatieve toetsing en

zelfevaluatie een positieve correlatie hebben met het vertrouwen in de eigen capaciteit (Huizing 2017 and references therein).

Wanneer de leerling zijn vorderingen kan testen zal een positieve trend de leerling meer vertrouwen kunnen geven. Oefening kan gekoppeld worden aan een verbetering van de prestaties door middel van feedback uit formatieve toetsing.

In de lessen zou dit de vorm kunnen aannemen van een serie diagnostische toetsen in oplopende moeilijkheidsgraad. Bij iedere diagnostische toets hoort dan een setje oefeningen. Hierbij wordt oefening en formatieve toetsen aan elkaar gekoppeld.

Je kunt de vorderingen van de leerlingen dan grafisch weergeven, zodat de leerling inzicht krijgt in zijn vorderingen.

Keuzevrijheid

Autonomie is een van de basisbehoeftes die er voor kan zorgen dat de intrinsieke motivatie van leerlingen tot uiting komt. Het implementeren van keuzemogelijkheden in de lessen kan dus een positieve bijdrage leveren aan de motivatie van de leerlingen. Hierbij kan gedacht worden aan het zelf verantwoordelijk maken van de leerlingen voor de planning van het hoofdstuk en/of leerlingen zelf laten kiezen uit verschillende opdrachten die dezelfde leeropbrengst geven.

Groepjes

Samenwerken kan een positief effect hebben of de basisbehoefte relatie. Ook blijkt uit onderzoek dat samenwerkend leren, leren in groepsverband, een positieve invloed heeft op de motivatie van leerlingen en de motivatie om samen aan het werk/leren te gaan. Zie figuur 1 (Slavin 2014).

Akinbobola (2009) heeft het effect van drie stijlen van lesgeven onderzocht op de attitude van de leerlingen tegenover het vak. Uit de resultaten van het onderzoek volgt een

aanbeveling om samenwerkend leren strategieën toe te passen als het doel is om de attitude tegenover het vak te verbeteren. Dit geeft aan dat samenwerkend leren, niet alleen in het algemeen, maar ook specifiek bij natuurkunde onderwijs een positieve invloed kan hebben op de intrinsieke motivatie.

(5)

Een mogelijkheid is dan om het hoofdstuk op te hakken in leerdoelen. Deze doelen moeten dan behaald worden in groepsverband, een soort Scrum.

De groepsleden zijn dan verantwoordelijk voor hun eigen leerproces en het leerproces van de groep. Ieder groepslid heeft dan een eigen taak. Door de groepsleden samen

verantwoordelijk te maken wordt de autonomie van de leerlingen vergroot. De samenwerking en communicatie die nu van belang is sluit ook goed aan op de 21ste eeuwse vaardigheden. Bij scheikunde hebben collega’s bij deze klassen positieve ervaringen opgedaan met

scrummen. Hoewel het bij natuurkunde andere onderwerpen zijn en andere vaardigheden een rol spelen geeft dit een indicatie dat ook bij natuurkunde Scrum een positief effect kan hebben. Scrum werd ook aangeraden door een collega van een andere school en de vaksectie wil dit graag uitproberen bij ons op school.

Voorgestelde oplossing

Als uitganspunt voor het opstellen van de juiste oplossing worden de factoren die motivatie beïnvloeden van Keller (1987) gebruikt en de genoemde basisbehoeftes, relatie, autonomie en competentie.

Een goede oplossing zal op meerdere van deze punten verbeteren. Met deze uitganspunten is de volgende oplossing tot stand gekozen:

Voor de komende lessen serie van 6 lessen wordt de volgende oplossing voorgesteld voor het motivatieprobleem: De leerlingen gaan als een scrum team aan de slag met de stof en evalueren tussentijds met diagnostische toetsen. Dit is dus een combinatie van de

voorgestelde oplossingen: Groepjes en Feedback. Maar hierin kan ook een practicum verwerkt worden en is keuzevrijheid een onderdeel. Doordat een deel van de doelen in groepsverband behaalt moeten worden zal er tijdens het werken ook vaker feedback gegeven worden aan elkaar, dit blijkt ook uit figuur 1 (Slavin 2014). Belangrijk is dat de leerlingen dan een gemeenschappelijk doel hebben, het leren van alle groepsleden. Voor deze oplossing is gekozen omdat:

 Deze oplossing bijdraagt aan de basisbehoeftes relatie, autonomie en competentie  Uit onderzoek een relatie naar voren komt tussen samenwerkend leren en motivatie.  Het werken in groepjes en het zelf verantwoordelijk zijn voor het eigen leerproces

goed aansluiten op de 21ste eeuwse vaardigheden.

 De leerlingen hier een hogere mate van autonomie ervaren en het gevoel van competentie en vertrouwen kan versterken.

 Collega’s bij scheikunde hebben bij ons positieve ervaringen met Scrum.

 Dit haalbaar is om dit uit te voeren, terwijl het onderwijs volledig in practica verweven op korte termijn (financieel) lastiger is.

Uit de open vragen van de enquête komt naar voren dat leerlingen behoefte hebben bij een beter opbouw van de stof en meer afwisseling tijdens de les. Dit is ook haalbaar binnen deze oplossing. De hulp van de docent wordt ook meer vraag gestuurd door de groep (contact persoon), dit sluit ook aan op een van de aanbevelingen.

Er worden ook veel algemene didactische wensen geuit, die onafhankelijk van het type lesopzet kunnen worden toegepast.

Ontwerphypothese

De lessenserie, gebaseerd op een vorm van Scrum beschreven in de ontwerpregels, zorgt ervoor dat leerlingen meer gemotiveerd zijn om te werken en dat hun leerprestaties zijn verbeterd.

Deze hypothese wordt aangenomen als:

 Uit enquêtes blijkt dat de leerling significant meer gemotiveerder zijn voor dit hoofdstuk ten opzichte van het vorige hoofdstuk met de oude lesopzet.

(6)

 En als de leerprestaties voor dit hoofdstuk vergeleken met de parallelklas significant verbeterd zijn ten opzicht van het vorige hoofdstuk.

Met significant wordt bedoeld dat de gemiddelde score van de vragenlijst of toets een kans kleiner dan p=0,05 heeft om verklaart te kunnen worden door de spreiding van de resultaten. Ontwerpregels:

1. Tijdens de lessen werken de leerlingen samen in groepjes, waarin ieder 1 taak heeft 2. Tijdens de lessen worden diagnostische toetsen gebruikt als feedback

3. De voortgang van de groepsleden is grafisch zichtbaar voor de docent en groepsleden zelf.

4. De lessen zijn zo ingericht dat leerlingen gedwongen worden om samen de doelen te behalen.

5. Binnen de groep zijn leerlingen gebaad als de andere groepsleden ook veel leren. 6. Tijdens een aantal lessen voeren de leerlingen een proef uit waarbij de theorie van dit

hoofdstuk moet worden toegepast. Metingen

Voorafgaand aan dit hoofdstuk wordt een enquête afgenomen over de motivatie van de leerlingen bij het vorig hoofdstuk, krachten en vectoren. Deze enquête wordt afgenomen voor de toets van dit hoofdstuk. Met deze toets en enquête wordt de beginsituatie vastgelegd.

Na de lessenserie wordt de enquête nogmaals afgenomen en een toets over deze paragrafen. In de parallelklas worden dezelfde toetsen afgenomen zodat dit met elkaar vergeleken kan worden.

Het streven is om de voor en nameting op eenzelfde moment af te nemen in hetzelfde lokaal. Enquête op vrijdag om 11:00 en de toetsen op Dinsdag om 12:10. Dit zal ook het streven zijn voor de toetsen van de parallelklas. Het zou namelijk jammer zijn als de vooruitgang van de interventie klas te wijten is aan een verschil in omstandigheden tijdens het afnemen van de toets tussen de voor en nameting, welke niet het geval zijn bij de controle klas. De overige omstandigheden zullen worden genoteerd, maar zijn niet te beïnvloeden.

De toetsen worden nagekeken volgens een nakijkmodel. Hierdoor is de interpretatie van de docent beperkt. Bovendien worden de voor en nameting van 1 klas door dezelfde docent nagekeken. Eventuele afwijkingen zullen dan bij beide metingen waarschijnlijk hetzelfde zijn. De metingen die gedaan worden staan samengevat in tabel 1. Meting A wordt vergeleken met meting B. De stijging van de interventie klas en controle klas wordt hiermee bepaald en of de stijging significant is ten opzichte van de variatie van het sample.

Als er een significante stijging is gemeten wordt bekeken of deze vergelijkbaar of beter is dan de controle klas.

Voor meting C en D wordt gekeken of er een stijging is van het gemiddelde en of deze significant is.

De vragenlijst van de enquête en de toetsen om de leerprestatie te testen zijn opgenomen in bijlage B.

Tabel 1: overzicht metingen

Interventie klas (N=29)

Controle klas (N=22)

A: Toets na oude lessenserie krachten Gemiddelde + variatie

Gemiddelde + variatie

(7)

B: Toets na hoofdstuk arbeid en energie Gemiddelde + variantie

Gemiddelde + variantie C: Enquête na oude lessenserie krachten Gemiddelde +

variantie 

D: Enquête na nieuwe lessenserie arbeid en energie

Gemiddelde +

variantie 

Lesopzet

De interventie bestaat uit een serie van 6 lessen. Het doel van deze lessen is het onderwerp Arbeid, kinetische energie en zwaarte energie te behandelen. De leerlingen moeten deze onderwerpen niet alleen kennen, maar ook kunnen toepassen.

Het cijfer wat zij uiteindelijk krijgen voor deze module is het persoonlijk cijfer voor de toets (80%) en het gemiddelde toetscijfer van het team (20%). Dat het team cijfer ook meetelt is besloten zodat het belang van het groepsprestatie duidelijk is en zodat de samenwerking en het elkaar helpen met leren ook (indirect) beoordeeld wordt.

Het lesmateriaal is opgenomen in bijlage C. De eerste les:

Hierin zal ik beginnen met het programma en werkwijze uitleggen voor de komende lessen. In de voorafgaande les is al aangekondigd dat we de lessen op een andere manier gaan inrichten. Dit om te voorkomen dat leerlingen veel weerstand hebben bij onaangekondigde veranderingen. Door dit aan te kondigen wordt de weerstand waarschijnlijk minder.

Nadat de leerlingen instructie hebben gehad op het programma en werkwijze wordt de groepsindeling bekend gemaakt. Groepjes zijn van te voren ingedeeld op prestatieniveau van de afgelopen toetsen. Hierbij wordt er naar gestreefd om de groepjes zo eerlijk mogelijk in te delen. Groepjes bestaan uit 4 leden. Een groepje bestaat uit 5 leden.

Nadat de groepjes bekend zijn krijgen de leerlingen een werkmap met daarin:

 De leerdoelen die in deze 6 lessen moeten worden afgerond en zullen worden getoetst bij meting B. Bij de leerdoelen staan individuele en groepstaken vermeld die kunnen helpen bij het oefenen van de stof.

 Een lege grafiek met op de horizontale as de tijd die we hebben en op de verticale as het aantal leerdoelen dat afgerond is. Dit noemen we de voortgangsgrafiek. Deze zal aan het einde van iedere les worden geüpdatet door de planner.

 Taakomschrijving van de 4 groepsleden, hier kunnen ze hun naam invullen. o Planner

o Voorzitter

o Contactpersoon docent

o Resultaten bijhouden (kan door twee personen ingevuld worden)

 Algemene tijdsplanning, hierin staan de lestijden en wanneer welke klassikale instructie wordt gegeven.

De leerlingen kunnen nu een planning maken voor de komende lessen. Ik loop rond om de planning te bespreken met de planners.

(8)

In het laatste deel van de les volgt de eerste klassikale instructie over verschillende vormen van energie (met nadruk op bewegingsenergie, zwaarte energie en behoud van energie) Tweede les:

De les start met het klassikaal herhalen van het doel en de werkwijze. Hierbij zal ik ook kort de groepsopdrachten die ze moeten doen toelichten. Dan kunnen de groepjes beginnen met het update van de planning. De leerlingen doen dit in hun groepje en geven aan waar ze nu zijn. Ik loop rond waarbij ik met de planner navraag hoe ver ze zijn en hoe de planning gaat. Daarna gaan de groepjes zelfstandig aan de slag met de leerdoelen. Tijdens het zelfstandig werken heb ik alleen contact met de contactpersoon. Deze stelt vragen over lastige

stof/opgaven of als de opdracht niet duidelijk is. De contactpersoon moet het vervolgens aan zijn groepje uit kunnen leggen. Als alle leden van een groepje er aan toe zijn kunnen ze de diagnostische toets maken van paragraaf 1.

Aan het eind van de les geven ze in de grafiek aan hoeveel leerdoelen ze op dit moment compleet hebben.

Derde les:

Start les met uitleg arbeid. Daarna volgt dezelfde planning als de tweede les. Vierde les:

Kopie van de tweede les. Vijfde les:

Les start met uitleg over arbeid in het geval wanneer de kracht niet in dezelfde richting is als de beweging. Daarna volgt dezelfde planning als van de tweede les.

Zesde les:

De les voor de toets. Leerlingen starten met het invullen van de enquête. Daarna volgt dezelfde planning als van de tweede les.

Gedurende deze 6 lessen van 65 minuten gedurende 3 weken hebben leerlingen voor 5 uur aan werk buiten de les om.

Onderbouwing Lesopzet

Tijdens de lessen zal ik over de planning alleen contact hebben met de planner en over de rest alleen met de contactpersoon. Dit betekent dat leerlingen aangewezen zijn op elkaar met vragen over het programma en over de stof. Dit bevordert dat de leerlingen echt samen moeten werken (ontwerpregel 4) en gebonden zijn aan hun taak (ontwerpregel 1). Ik zal ook geregeld na vragen aan degene die de resultaten bijhoud hoe dit gaat om ook deze rol te versterken.

Doordat hun toetscijfer ook afhangt van de prestaties van hun groepsgenoten worden de leerlingen gestimuleerd om de leerdoelen gezamenlijk aan te pakken (ontwerpregel 4). Tijdens de lessen kunnen leerlingen alleen met een heel groepje de diagnostische toets maken. Hierbij krijgen ze de feedback en kunnen ze elkaar helpen (ontwerpregel 2). Door na iedere les in te vullen waar je bent in een grafiek wordt ook aan ontwerpregel 3 voldaan. Planning

Tabel 2: Planning

datum

(9)

Opnieuw inleveren ontwerpnotitie 10 mei

Lessenreeks uitvoeren Week 21,22,23 (21 mei t/m 12 juni) Nakijken en resultaten verwerken 12 en 13 juni

Eerste versie eindpaper inleveren 14 juni 12:00 (tweede versie eindpaper inleveren) 12 juli 12:00

Uitvoering en Metingen

De lessenserie is uitgevoerd zoals gepland in de lessen van 21 mei tot 12 juni. De enquêtes, meting C en D, zijn ook afgenomen zoals gepland in de les voorafgaand aan de toets. Het afnemen van de enquêtes vond plaats aan het begin van de les. Door zieken zijn er bij de voormeting 3 enquêtes minder ingevuld dan bij de nameting. Omdat de leerlingen de enquête anoniem hebben ingevuld is helaas niet te achterhalen welke enquêtes bij de nameting extra zijn. De leerlingen zijn geïnstrueerd om het zelf in te vullen en hadden

genoeg tijd om dit te doen. Tijdens het afnemen van de enquêtes werd er wel gesproken met de directe buurman. Dus misschien dat er een aantal leerlingen beïnvloed zijn door hun buurman. Ik verwacht niet dat dit een grote invloed heeft op het resultaat van de klas als geheel aangezien dit twee kanten op werkt en er uiteindelijk naar het gemiddelde wordt gekeken.

Meting B is anders verlopen als gepland. Door wijzigingen in de jaaragenda was het niet mogelijk om de nameting uit te voeren binnen het gewenste tijdspad. Er zal een nameting plaatsvinden bij de interventie klas op 13 juni. Daarna zal er in de toets week 2 t/m 6 juli een meting plaatsvinden voor beide klassen over hetzelfde onderwerp.

De tijdsplanning verhinderd dat er in de parallel klas twee toets momenten zijn, waar dit in de interventie klas wel het geval is. Wanneer de resultaten van de toets week met elkaar

vergeleken worden is het dan lastig om te onderschrijven of eventuele toename in de

prestaties te wijten zijn het extra toets moment (en leermoment) of door de interventie van dit onderzoek.

De nameting van 13 juni die alleen in de interventie klas zal plaats vinden zal worden vergeleken met de voormeting van de klas. Bij het samenstellen van deze toets is getracht om het niveau van de toets zo veel mogelijk af te stemmen op de voormeting. Bijvoorbeeld door de lengte van de toets en het aantal te behalen punten zo goed mogelijk constant te houden. Toch blijft het moeilijk om op deze wijze te onderscheiden of een eventuele toename in de leerprestaties dan te wijden is aan de opzet van de toets, het onderwerp of aan de interventie.

Tijdens het uitvoeren van de lessenreeks zijn een aantal punten opgevallen. Tijdens de eerste les waarin in de werkwijze geïntroduceerd werd waren de leerlingen erg ontevreden dat ze niet zelf de groepjes mochten samenstellen. Ook werd er onvrede geuit over het feit dat nu hun cijfer deels gebaseerd is op het samen leren en de prestaties van groepsgenoten die zij niet zelf gekozen hebben. Dit komt ook terug in de enquête na afloop van deze

interventie en zal later worden besproken. Sommige leerlingen baalden ook openlijk over hun groepssamenstelling en stelde dat ze niet konen samenwerken met een aantal van hun groepsleden. Binnen een groepje van vier werd er dan vaak in twee tweetallen gewerkt. Mijn indruk was dat de leerlingen deze methode ervaren als een nieuwe set restricties en als een beperking van de vrijheid die de leerlingen hadden in de lessen hiervoor. Men zou

(10)

kunnen stellen dat het een bijwerking van deze interventie is dat de leerlingen minder autonomie ervaren.

Wat er ook op viel is dat de rolverdeling binnen de groepjes zo werd afgestemd dat degene die normaalgesproken ook vragen stelt nu het contactpersoon is. Dit had tot resultaat dat de leerlingen die vragen stellen dit nu ook konden doen. In mijn ervaring bleef een sterke afhankelijkheid en betere samenwerking tussen de groepsleden hierdoor uit.

Bij het plannen viel mij op dat veel groepjes moeite hadden om een planning voor de langere termijn te maken. Vaak was de planning niet uitgebreider dan het plan voor de komende les. Aandringen op een uitgebreidere planning leiden niet tot een beter resultaat. Dit komt mede doordat de tijdsplanning te krap was voor een lange discussie/instructie over het maken van een goede planning en het daardoor te weinig aandacht kreeg van de leerlingen en docent. Tijdens de lessen viel mij op dat de oefenstof te veel was voor de beschikbare tijd. Mede hierdoor zijn niet alle onderdelen evengoed afgerond. De leerlingen zijn gewend om zelf met oefenstof aan de slag te gaan, hoewel het werktempo vaak niet heel hoog ligt. Dit hebben ze dan ook veelal gedaan. Tijdens 2 lessen hebben de leerlingen ook twee verschillende practica als opdracht kunnen doen. Hierbij was het doel om het energieverlies van een stuiterbal te bepalen of de remkracht van een blok oasis. Dit vergde de leerlingen ook best wat tijd. Het uitzoeken van wat je moet doen en vervolgens het uitvoeren van de proef neemt ook wat tijd in beslag. Hierdoor was er dan ook minder tijd beschikbaar in de les voor de andere opdrachten.

Voorlopige Resultaten

Doordat de toets nog niet is afgenomen worden nu alleen de resultaten van de enquêtes gepresenteerd.

De enquêtes

De eerste 12 vragen van zowel de voor als nameting gaan over de motivatie van de leerling of over een onderliggende factor van de motivatie zoals de basisbehoefte competentie. Vraag 13 vraagt de leerling om een cijfer te geven over hoe leuk hij de afgelopen

lessenreeks vond. In de nameting zijn ook 3 vragen, vraag 14 t/m 16 opgenomen waarbij de leerlingen aangeven wat ze van de interventie lessenreeks vonden ten opzicht van de afgelopen lessenreeks. De gemiddelde scores en standaarddeviatie per item worden weergegeven in de onderstaande tabel. Items 9 en 12 zijn negatief geformuleerd en om gescoord.

Tabel 3: itemscores gesloten vragen voor meting en nameting Voormeting (N = 27) Nameting (N = 30) Vraag gemiddeld e standaarddeviati e gemiddeld e standaarddeviati e 1 1.44 0.72 1.43 0.77 2 1.15 0.72 0.80 0.69 3 0.63 0.61 0.63 0.63 4 2.19 0.48 1.53 0.63 5 1.33 0.64 1.07 0.63 6 1.07 0.42 1.00 0.47 7 0.93 0.75 0.67 0.62 8 1.59 0.64 1.20 0.59

(11)

9 1.48 0.54 1.67 0.78 10 2.07 0.48 1.77 0.73 11 1.78 0.67 0.93 0.44 12 1.78 0.93 1.00 0.73 gemiddeld e 1.45 1.14 13 (cijfer) 5.79 0.97 4.92 1.39 14 1.00 0.87 15 1.10 0.55 16 0.50 0.70

Bij de enquête zijn ook 3 open vragen gesteld. De meest voorkomende antwoorden zal ik hier benoemen. Als positieve punten (op vraag 17) werd voornamelijk genoemd: Het feit dat er twee proefjes waren om tijden de les te doen. Het extra oefenmateriaal en D-toetsen. De zelfstandigheid die je (als groep) krijgt. En een aantal noemen het samenwerken als een positief punt.

Als negatieve punten (op vraag 18) werd met name genoemd: Het feit dat 20% van je cijfer af gaat hangen van je het gemiddelde van je groepje. Dat je niet je eigen groepje mag samenstellen. Deze punten kwamen in een ruime meerderheid van de enquêtes terug. De antwoorden op vraag 19 zijn overwegend een tegenstelling ten opzicht van vraag 19: “Geen groepjes doen” of “alleen individueel cijfer”.

Analyse:

Van de eerste 12 items is ook de Cronbach's alpha waarde berekent (met behulp van de Excel sheet van ontwerpmethoden). Voor de voormeting is deze gelijk aan 0,78 en voor de nameting is dit 0,73. Hieruit blijkt dat de nameting minder consistent is dan de voormeting terwijl de vragen hetzelfde zijn. Dit zou kunnen betekenen dat de leerlingen meer verdeeld zijn in hun mening over de interventie dan over de lessenserie daarvoor. De waarde van de Cronbach’s alpha geeft aan dat de itemscores aardig consistent zijn. Dit is ook te zien aan de standaarddeviatie, deze is ook vrij constant bij de items.

Met een tweezijdige T-toets voor gemiddelde is ook de p-waarde uitgerekend. Hiermee wordt, voor de eerste 12 items, een p-waarde van 0,6 % gemeten. Dus de lagere score die wordt gemeten, gemiddeld 1.14 in plaats van 1.45, is een significante afname.

In vraag 14 t/m 16 wordt gevraagd naar deze periode met de interventie ten opzichte van de periode daarvoor. Hierbij wordt overwegend negatief geantwoord.

Conclusie en Discussie

De ontwerphypothese: De lessenserie, gebaseerd op een vorm van Scrum beschreven in de ontwerpregels, zorgt ervoor dat leerlingen meer gemotiveerd zijn om te werken en dat hun leerprestaties zijn verbeterd.

De hypothese is op dit moment niet aangenomen. Uit de resultaten van de eerste 12 vragen van de enquête blijkt dat de leerlingen minder motivatie hebben ervaren tijdens deze

periode. Met een alpha van 0,78 en 0,73 zijn de itemscores voldoende gecorreleerd om de resultaten te kunnen gebruiken. De lagere alpha score van de nameting zou kunnen wijzen op een groter verdeeldheid tussen de leerlingen, maar het verschil is niet groot genoeg voor

(12)

een conclusie op dit punt. Met een p-waarde van 0,6% is de gemeten afname van de motivatie significant.

Aangezien de vragenlijst niet van te voren was gevalideerd, is wel de vraag of de resultaten valide genoeg zijn om aan te geven dat het echt om de motivatie van de leerling gaat. Aangezien de verschuiving significant is en de items samengesteld zijn op motivatie lijkt het aannemelijk dat je deze conclusie wel kan maken. Een (in het nederlands) gevalideerde enquête puur op motivatie zou in toekomstige onderzoeken een sterkere conclusie kunnen geven.

Tijdens het invullen van de vragenlijst vond er af en toe overleg plaats met de buurman of buurvrouw. Dit kan als resultaat hebben dat je vaak twee keer dezelfde antwoorden krijgt. Dit kan worden voorkomen door de enquête aan het eind van de toets in stilte af te nemen. Omdat de afname in motivatie vrij sterk is gemeten, wordt er aangenomen dat dit geen significant effect heeft op de conclusie.

Omdat de resultaten van meting B nog niet terug zijn kan er nog geen conclusie getrokken worden over de invloed van deze interventie op de leerprestaties van de leerlingen. Omdat de planning is gewijzigd en de parallel klas de toets op een later moment heeft zal het ook lastig worden om andere effecten dan deze interventie uit te sluiten bij het beoordelen van de leerprestaties.

Uit de vragen 14,15 en 16 blijkt dat de leerlingen deze lesmethode als geheel niet als positief ervaren. Uit de open vragen blijkt dat een onderliggend rede het werken in niet zelf

samengestelde groepjes is en de beperking dat je minder invloed hebt op je cijfer omdat een deel van de prestaties van je groepsleden afhangt. Tijdens de lessen was het ook erg warm in het gebouw, af en toe boven de 24 graden. Hierdoor lag het tempo ook lager dan in de periode ervoor. Dit kan ook een invloed hebben op de ervaringen van een leerling.

De vraag is welke invloed deze negatieve houding ten aanzicht het groepswerk en het warme weer hebben op de resultaten voor zowel de enquête als voor de toets. Ik zou deze zelfde ontwerpregels willen implementeren in een andere klas die gewend is om in, door de docent samengestelde, groepjes te werken om te onderzoeken of dit een ander resultaat oplevert.

Ook vraag ik mij af of een klas aan het begin van het jaar een andere houding zou hebben naar deze interventie. Aan het begin van het jaar is de relatie tussen de docent en leerlingen namelijk nog niet gewend en is er een minder vast verwachtingspatroon. Dit zou er toe kunnen leiden dat de leerlingen deze verandering in becijfering en werkwijze beter accepteren.

Een andere rede waardoor het groepsproces misschien minder tot zijn recht kwam was omdat de werkdruk deze periode vaak erg hoog was, misschien wel te hoog. De oefenstof was erg veel, waardoor er vaak de keuze gemaakt werd om zelfstandig te werken. Hierdoor en door de strakke planning was er ook minder tijd om veel aandacht te geven aan de werkwijze en bleef nodige sturing uit.

De diagnostische toetsen en proefjes werden door de leerlingen genoemd als positieve punten van deze lessenserie. Dit betreft ontwerpregel 2 en 6, deze ontwerpregels zullen dan ook grotendeels worden overgenomen in een vervolg onderzoek. In de uitvoering van het huidige ontwerp kwamen ontwerpregel 1 en 4 onvoldoende tot hun recht. Het zou dus kunnen dat als je de opdrachten en werklast anders indeelt de interventie meer effect heeft. In een vervolgend onderzoek zal men dus kunnen onderzoeken of een betere implementatie van deze ontwerpregels wel lijdt tot een toename in motivatie.

(13)

Wanneer deze werkwijze opnieuw zal worden toegepast ten behoeven van leerprestaties en motivatie dan zou ik een aantal verbeteringen voorstellen. De werkdruk was nu te hoog, dus het volume aan oefenstof moet omlaag. Dit is mede ingegeven zodat de leerlingen meer tijd hebben om als groep aan de slag te gaan, met onder andere de practica en de (wat

lastigere) samenwerkingsopgave. Overigens denk ik dat het ook niet noodzakelijk is dat het huidige volume aan oefenstof door alle leerlingen wordt gemaakt. De opgaven die worden overgeslagen kunnen wel worden aanbevolen aan leerlingen die meer moeite hebben met de stof. Het is aan te raden om dit ontwerp uit te voeren aan het begin van het jaar of nadat er in de periode ervoor al vaker is gewerkt in groepjes die niet door de leerlingen zijn samengesteld. De gewenning aan deze vorm van leren kan er dan voor zorgen dat de drempel naar deze werkvorm minder hoog is. Als alternatief kan er natuurlijk ook voor worden gekozen om andere gemeenschappelijke doelen te vinden. Het is ook aan te raden om bij een nieuwe werkvorm zoals deze meer tijd te besteden aan de werkvorm zelf. Hiervoor moet dan wel extra tijd voor worden ingepland. Met deze extra tijd voor de werkvorm zelf kan je de werkzaamheden van de leerlingen meer sturen.

Kortom deze resultaten wijzen er op dat de hypothese is afgewezen en dat deze

ontwerpregels niet bijdragen aan de motivatie. Echter is er genoeg aanleiding dat er ook andere factoren meespelen zoals de relaties binnen de groep, werkdruk, tijdsdruk en het warme weer. Hierdoor kan er zeker niet uitgesloten worden dat deze ontwerpregels in een vernieuwde implementatie een positief effect hebben op motivatie. De positieve feedback van de leerlingen op de practica en de diagnostische toetsen zal zeker worden meegenomen in toekomstige lessenseries.

Literatuurlijst

Abrahams, I. (2009). Does practical work really motivate? A study of the affective value of practical work in secondary school science. International journal of science education, 31(17), 2335-2353 Akinbobola, A. O. (2009). Enhancing Students' Attitude towards Nigerian Senior Secondary School Physics through the Use of Cooperative, Competitive and Individualistic Learning

Strategies. Australian Journal of Teacher Education, 34(1), 1-9.

Huizing, B. (2017). Toetsen om te Motiveren: Invloed van Zelfbeoordeling en Peerbeoordeling op

Self-efficacy en Taakwaarde (Master's thesis, Open Universiteit).

Keller, J. M. (1987). Development and use of the ARCS model of instructional design. Journal of

instructional development, 10(3), 2.

Ryan, R. M., & Deci, E. L. (2000). Self-determination theory and the facilitation of intrinsic motivation, social development, and well-being. American psychologist, 55(1), 68

Slavin, R. E. (2014). Cooperative learning and academic achievement: why does groupwork work?. Anales de psicología/annals of psychology, 30(3), 785-791.

Van den Berg, E., & Buning, J. (1994). Practicum: leren ze er wat. NVOX, 19(6), 245-249.

Wang, M. T., Chow, A., Degol, J. L., & Eccles, J. S. (2017). Does Everyone’s Motivational Beliefs about Physical Science Decline in Secondary School?: Heterogeneity of Adolescents’ Achievement Motivation Trajectories in Physics and Chemistry. Journal of youth and adolescence, 46(8), 1821-1838

(14)

Bijlag A

Enquête in de klas over de intrinsieke motivatie van de leerlingen voordat het probleem

volledig was geanalyseerd.

(15)

(16)

Losse opmerkingen naar aanleiding van de vraag:

Wat kan de docent doen, zodat

jij het leuker vind om tijd te besteden aan de natuurkunde opgaven

De opgave in stapjes qua niveau verhogen vanuit het boek naar de toets opgaven (2)

(17)

Eerst de opgaves maken en daarna uitleg geven voor de mensen die het niet snappen Nvt

Meer actualiteit

De opgaves in stapjes qua niveau verhogen vanuit het boek naar de toetsvragen Quizjes

De moeilijkheid van de opgave beter opbouwen en niet meteen een hele moeilijke opgaven opgeven. Idk

Kahootz Kahoot

Nakijkbladen maken voor de opgaven Zorgen dat hij zelf de opdrachten goed controleerd zodat er geen fouten inzitten

Nakijkbladen maken voor de proefopgaven en zorgen dat hij zelf zijn eigen vragen heeft gemaakt zodat er geen fouten meer in zitten dan heb je er meer aan.

Meer practica

Nakijkbladen maken en de antwoorden geven van de pulsjes vragen in het lesboek

Losse antwoorden naar aanleiding van de vraag:

Wat kan de docent anders doen

om de lessen leuker te maken

PowerPoint (2)

Meer variatie in de lessen (2)

-Minder klassikaal, eerst opgaves en dan pas uitleg Vragen waarover uitleg nodig is

Geen idee Meer actualiteit Powerpoint Idk

Kahoots en filmpjes Filmpjes met voorbeelden

De opdrachten die hij op het bord doet beter voorbereiden zodat het duidelijker is. Vaker proefjes doen. Een powerpoint zodat de uitleg duidelijker is.

Powerpoint maken en meer proefjes doen ook vind ik de uitleg in les te lang duren. Een werkwijzer maken en ook echt kijken naar specifieke opdrachten die we moeten maken in plaats van alles van een paragraaf voor de volgende les dat is gewoon te veel met ons andere huiswerk erbij en niet nodig. Duidelijke PowerPoint maken

Een duidelijke powerpoint gebruiken

Meer over sterrenkunde vertellen of ingaan op actuele gebeurtenissen

Duidelijker uitleggen en niet de vraag zelf maken op het bord. Probeer de klas beter te betrekken. Herhaal wat meer in je lessen, we hebben net een vakantie gehad dan is het handig als de stof even herhaald wordt.

Ga mee kijken bij een andere natuurkunde docent een les om te kijken hoe die het doet daar heb je wat aan! De klas meer betrekken bij de opdrachten die je maakt op het bord, zo krijgen we meer mee en moeten we meer zelf nadenken.niet de laatste 5 minuten van de les nog snel wat uitleggen. Minder snel uitleggen. Na de vakantie en als er een lange tijd tussen de lessen zit even de stof die dat hoofdstuk al behandeld is herhalen anders is iedereen het alweer vergeten.

Bijlage B

(18)

De eerste 12 vragen van de voormeting zijn gebaseerd op vragen uit de Intrinsic Motivation Inventory.

Deze vragen gaan over de afgelopen periode waarin we het hoofdstuk krachten als vector hebben behandeld.

Vragen Helemaal niet waar Helemaal waar

1 Ik heb in de les hard kunnen werken 1 2 3 4

2 Ik heb in de les met plezier gewerkt. 1 2 3 4

3 Ik heb de opdrachten gemaakt omdat ik het leuk vind om te doen. 1 2 3 4 4 De opdrachten die ik heb gedaan waren zinvol om te doen. 1 2 3 4

5 Ik heb veel in de les kunnen doen. 1 2 3 4

6 Ik vond de afgelopen lessen interessant 1 2 3 4

7 Ik heb in de les gewerkt omdat ik het leuk vind om dit te leren 1 2 3 4

8 Ik denk dat ik de stof nu goed kan toepassen 1 2 3 4

9 Ik vond de opdrachten tijdens de les erg saai 1 2 3 4

10 Ik vond het leuk als ik een moeilijke vraag goed had opgelost 1 2 3 4 11 Ik ben de afgelopen periode beter geworden in het oplossen van lastige vragen 1 2 3 4

12 Ik heb de opdrachten gemaakt omdat het moest 1 2 3 4

(19)

Enquête nameting:

In de enquête zijn expres dezelfde vragen opgenomen als in de voormeting (om te kunnen vergelijken). Maar er zijn ook vragen toegevoegd zodat de leerlingen hun mening kunnen geven of dit in hun ogen een verbetering is of niet.

Deze vragen gaan over de afgelopen periode waarin we het hoofdstuk energie en arbeid hebben behandeld

(20)

Enquête V4 Natuurkunde over H7: Energie en Arbeid

Vul de volgende vragen in naar aanleiding van jouw ervaringen tijdens de lessen van het afgelopen hoofdstuk over Energie. Vul hem zelfstandig in zonder te overleggen. De enquête bestaat uit een aantal gesloten vragen en een aantal open vragen.

Vragen Helemaal niet waar Helemaal waar

1 Ik heb in de les hard kunnen werken 1 2 3 4

2 Ik heb in de les met plezier gewerkt. 1 2 3 4

3 Ik heb de opdrachten gemaakt omdat ik het leuk vind om te doen. 1 2 3 4 4 De opdrachten die ik heb gedaan waren zinvol om te doen. 1 2 3 4

5 Ik heb veel in de les kunnen doen. 1 2 3 4

6 Ik vond de afgelopen lessen interessant 1 2 3 4

7 Ik heb in de les gewerkt omdat ik het leuk vind om dit te leren 1 2 3 4

8 Ik denk dat ik de stof nu goed kan toepassen 1 2 3 4

9 Ik vond de opdrachten tijdens de les erg saai 1 2 3 4

10 Ik vond het leuk als ik een moeilijke vraag goed had opgelost 1 2 3 4 11 Ik ben de afgelopen periode beter geworden in het oplossen van lastige vragen 1 2 3 4

12 Ik heb de opdrachten gemaakt omdat het moest 1 2 3 4

13 Geef aan op een schaal van 1 tot 10 of je de afgelopen lessen leuk vond Cijfer: 14 In de afgelopen lessen bij het hoofdstuk energie heb ik harder gewerkt dan in de

lessen over krachten

1 2 3 4

15 De lessen van het hoofdstuk energie vond ik leuker dan de lessen in de periode Ervoor over krachten

1 2 3 4

16 Het lijkt me leuk om volgend jaar opnieuw een periode op deze manier les te hebben.

1 2 3 4

(De laatste paar vragen van de enquête staan op de achterkant)

Open vragen

17 Wat vond je leuk tijdens de afgelopen lessen over energie en arbeid?

18 Wat vond je niet leuk tijdens de afgelopen lessen over energie en arbeid?

(21)

Hieronder volgende de toetsen voor H6 en H7. De voor en nametingen. Hierbij worden de toetsen gebruikt die door collega’s zijn samengesteld en vorig schooljaar getest en aangepast zijn. De oorspronkelijke opgaven komen van de methode en zijn door het Roland Holst college aangepast.

Toets hoofdstuk krachten als vector (Voormeting)

Opgave 1 Tapis-roulants

In het Groningse Zuidhorn bevindt zich een

supermarkt met daaronder een parkeergarage. Om

van de supermarkt naar de parkeergarage (of

omgekeerd) te kunnen komen, is er een speciale

roltrap, waarop ook winkelkarretjes kunnen staan: een

tapis-roulants (zie figuur 1).

Er zijn twee roltrappen: één voor naar beneden en

één om het winkelwagentje weer mee naar boven te

kunnen nemen. Beide roltrappen gaan even snel en

bewegen met een constante snelheid. De roltrappen

overbruggen een hoogteverschil van 3,9 m. De lengte

van de roltrap is 19 m.

Het stijgingspercentage van een helling is

gedefinieerd als het aantal meters stijging per

afgelegde weg keer 100%.

2p

1 Bereken het stijgingspercentage van deze roltrap.

T1

De winkelkarretjes klemmen vast in de roltrap. Door het vastklemmen van de

wielen wordt voorkomen dat het winkelkarretje langs de helling van de roltrap

naar beneden kan rollen. Een leeg winkelkarretje weegt 15 kg.

3p

2 Bereken de grootte van deze klemkracht.

T2

Jonge kinderen vinden het leuk om, terwijl hun vader of moeder met het

karretje naar boven gaat, de roltrap voor omlaag te nemen en hierlangs –

tegen de stroom in - omhoog te rennen. Als je een beetje je best doet ben je

al boven aan de roltrap, terwijl het karretje nog maar halverwege is. De

roltrap zelf overbrugt de afstand van 19 m in

11 s.

3p

3 Kies het juiste antwoord en geef daarbij een toelichting met behulp van een

berekening.

I

De gemiddelde snelheid waarmee het kind naar boven moet rennen is

A

1,5 maal de snelheid van de roltrap

B

2,0 maal de snelheid van de roltrap

C

2,5 maal de snelheid van de roltrap

D

3,0 maal de snelheid van de roltrap

(22)

Opgave 2 Kitesurfen

Kitesurfen is een sport waarbij je jezelf op een board

laat voorttrekken op het water door een vlieger. Bij

deze opgave gaan wij er vanuit dat de vlieger zich

recht voor de kitesurfer bevindt in zijn

bewegingsrichting. Zie figuur 3. Het touw waaraan de

vlieger is bevestigd maakt een hoek van 35 ⁰ met het

wateroppervlak.

De in de tekening aangegeven spankracht is 800 N.

Kitesurfers spreken meestal niet over de

spankracht zelf, maar over de componenten van

deze kracht: de horizontale component noemen ze

drag en de verticale component lift.

De surfer en zijn board zijn samen 80 kg. De

tekening in figuur 3 geeft de situatie op t = 0. De

surfer begint dan net met bewegen. We

verwaarlozen de weerstand van het water.

3p

4 Bereken de versnelling van de kitesurfer op t = 0.

T1

De lift of liftkracht van de vlieger wordt gegeven door de formule:

F

_lift

=

1

2 ∙ ρ∙ c

l

∙ A ∙ v

2

Hierin is:

ρ de dichtheid van lucht in kg/m

3

v de windsnelheid in m/s

c

l

de liftcoëfficiënt: deze constante heeft de getalswaarde 0,80

A het oppervlak van de vlieger: deze is 7,0 m

2

3p

5 Toon met deze formule en de gegevens hierboven aan dat de windsnelheid

11 m/s is.

T2

Laat eerst zien dat de lift gelijk is aan 459 N.

2p

6 Leg met behulp van de formule uit dat de lift snel afneemt naarmate de

kitesurfer meer

I

snelheid krijgt.

Het water levert een opwaartse kracht op de surfer en zijn board, zodat de

surfer niet zinkt en zich alleen in horizontale richting verplaatst.

3p

7 Bereken de grootte van deze opwaartse kracht op t = 0, zoals getekend in

figuur 3.

T2

Op t = 7,0 s is de snelheid van de kitesurfer 9,4 m/s.

3p

8 Bereken de netto kracht op de kitesurfer op t = 7,0 s.

T2

Figuur 2

Figuur 3

(23)

Opgave 3 Lerarenboot

In 2010 liep een uitje van een groep leraren van het

Augustinuscollege in Groningen uit op een

onverwacht avontuur, toen de boot waarmee ze over

de Waddenzee voeren, vastliep aan de zeebodem.

Een opgeroepen sleepboot kon de lerarenboot ook

niet vlot trekken. Pas toen een tweede sleepboot was

gearriveerd lukte het uiteindelijk om de boot los te

krijgen van de zeebodem.

In figuur 4 is een bovenaanzicht getekend van een

eerste mislukte poging om de lerarenboot vlot te

trekken. De lerarenboot komt in figuur 4 dus niet in

beweging.

Figuur 4 staat vergroot op de bijlage.

3p

9 Construeer in de figuur op de bijlage de kracht van de zeebodem op de

lerarenboot.

T1

De trekkracht van een sleepboot wordt bollard pull (paaltrek) genoemd. Deze

wordt meestal uitgedrukt in ton.

De schaal van de tekening op de bijlage is: 1 cm ≜ 38 kN. Sleepboot 1 trekt

in de getekende situatie met 80 % van zijn maximale bollard pull.

4p

10 Bepaal de maximale bollard pull van sleepboot 1 in de eenheid ton.

I

Figuur 4

(24)

S.O paragraaf 7.1, 7.2, 7.3

Vwo 4

Versie 1

Opgave 1 Highland Games

In deze opgave mag de luchtwrijving worden verwaarloost.

Op de foto’s is te zien hoe een deelnemer aan de Schotse Highland Games met

gestrekte arm een blok met een massa van

25 kg

over een lat gooit. Het blok

beweegt na het loslaten (vrijwel) verticaal omhoog en omlaag.

Met behulp van videometen is de hoogte

h

van het blok gemeten ten opzichte van de

grond, als functie van de tijd

t

. Het resultaat is weergegeven in figuur 1.

figuur 1

Op

t

0,35 s

laat de deelnemer het blok los. Op dat moment is de kinetische energie

van het blok maximaal.

2p 1

Leg uit hoe je dit aan de (

h,t)-

grafiek kunt zien.

3p 2

Toon met behulp van de wet van behoud van energie aan dat de maximale

kinetische energie gelijk is aan

0,81 kJ.

Bepaal hiervoor eerst de maximale waarde

van de zwaarte-energie

E

z

.

Voor de mechanische energie geldt:

E

mech

= E

kin

+ E

z

.

3p 3

Bepaal het (gemiddelde) mechanische vermogen dat de deelnemer levert tussen

t =

0,15 s

en

t = 0,35 s

.

(25)

Opgave 2 Highland Games deel 2

Het tweede onderdeel van de games is om een sleepwagen voor te trekken waar

een groot gewicht op zit. De massa van de wagen en het gewicht is dan bij elkaar

500 kg. Wie het eerst de baan van 100 meter heeft afgelegd heeft dit onderdeel

gewonnen. Om het moeilijk te maken zijn de voorste wielen vervangen door een

houten blok wat over de grond schuift. De slee is schematisch weergegeven in het

volgende figuur:

De rolweerstand is verwaarloosbaar vergeleken met de wrijving van het houten blok.

De maximale schuifwrijving is gelijk aan 5 kN.

Aan de wedstrijd doen 3 deelnemers mee. De eindtijd van de

drie deelnemers staan in de tabel hiernaast.

3p 4

Beantwoord de volgende meerkeuze vraag: Welke

deelnemer heeft de meeste arbeid verricht? Leg je antwoord

uit.

A Alfredo

B Bert

C Dirk

D Allemaal even veel

Wanneer je het touw niet recht naar voren trekt maar schuin omhoog wordt de

schuifweerstand minder aangezien de normaalkracht voor een deel wordt

opgeheven. Alfredo trekt het touw schuin omhoog met een hoek van 25,0

o

_{. Hij trekt}

de kar naar voren met een kracht van 4500 N.

2p 5

Bereken de arbeid die Alfredo verricht tijdens deze wedstrijd.

Als Alfredo met 4500 N trekt onder een hoek van 25,0

o

_{is de schuifwrijving gelijk aan}

4,072 kN.

4p 6

Bereken de snelheid van de kar op het moment dat Alfredo over de finish komt.

(als je bij 5 geen antwoord hebt mag je aannemen dat de arbeid van Alfredo gelijk is aan 4,10 x 105_J)

De toets gaat verder op de volgende pagina

Deelneme

r

Eindtijd (min)

Alfredo

2:05

Bert

2:30

Dirk

2:55

(26)

Opgave 3 Highland Games deel 3

Dirk is erg teleurgesteld over zijn resultaat

en besluit de volgende keer met een

elastisch touw te gaan. Dirk kan kiezen uit

twee touwen. De kracht en hoever het touw

uitrekt zijn weergegeven in het figuur

hiernaast.

2p 7

Welke van de twee touwen voldoet aan de

wet van Hooke, leg je antwoord uit.

A Beide touwen

B Alleen touw A

C Alleen touw B

D Geen van beide touwen

Dirk besluit om touw B te gebruiken. Tijdens

zijn wedstijd had hij gemeten dat hij trekt

met een kracht van maximaal 3000 N. Hij

neemt een lang genoeg touw zodat het een stuk kan uitrekken.

2p 8

Bereken de energie die maximaal touw komt te zitten tijdens zijn wedstrijd.

In de gebruiksaanwijzing van het touw staat dat het touw kan knappen wanneer de

lengte van het touw meer dan 30% toeneemt.

2p 9

Bereken de minimale lengte die het touw moet hebben zodat het niet breekt tijdens

zijn wedstijd.

(27)

Opgave 4 Oprekken van een auto

Roel rijdt met de auto (800 kg) van zijn huis naar zijn werk. Hij moet 30 km rijden

voordat hij op zijn werk is. Wanneer hij bij zijn huis weg rijdt meet hij de motorkracht

van zijn auto. Dit is weergegeven in de onderstaande F(s)-diagram. Na 180 m heeft

de auto een snelheid van 50 km/h.

4p 10

Bepaal de gemiddelde wrijvingskracht. Bepaal hiervoor eerst hoeveel warmte er in

totaal is vrijgekomen.

In totaal legt Roel ook 20 km af over de snelweg. Op dit stuk is een trajectcontrole

waardoor Roel nagenoeg een constante snelheid heeft van 130 km/h.

Tijdens dit stuk verbruikt hij 4,5 liter brandstof. Per liter brandstof wordt er 11 MJ

nuttig gebruikt.

3p 11

Bereken de totale weerstandskracht bij een snelheid van 130 km/h

(28)

Toets hoofdstuk 7, energie en arbeid (Nameting)

Opgave 1 Francisco, de snelste veerboot ter wereld

De snelste veerboot ter wereld is de Francisco, die

vaart tussen Buenos Aires (Argentinië) en Montevideo

(Uruguay). De boot haalt een topsnelheid van 108

km/h met 1000 personen en 150 auto’s aan boord.

De boot ligt niet in het water, zoals de meeste

veerboten. Ze vaart net als een catamaran op twee

drijvers (zie figuur 1) en wordt aangedreven door twee

omgebouwde Boeing-747-straalmotoren.

1p 1

Wat is het voordeel van het gebruik van de drijvers?

De twee omgebouwde straalmotoren hebben samen een vermogen van 59 ∙

10

3

_pk

(1 pk = 7,355 ∙ 10

2

_W).

3p 2 Bereken de gemiddelde totale weerstandskracht op de boot bij topsnelheid.

Opgave 2 Bungee jump

Een 15 m lang, elastisch koord is aan één kant

vastgemaakt aan een platform en aan de andere kant

aan Joop. Hij laat zich zonder beginsnelheid van het

platform vallen.

Zie figuur 2. In het laagste punt van de ’sprong’ is het

koord 20 m uitgerekt.

Voor een natuurkundige beschrijving van de sprong

zijn vier punten op verschillende hoogten interessant.

In de schematische tekening in figuur 3 zijn deze

punten met letters aangegeven:

P is het platform waar de sprong begint;

R is de plaats (15 m onder P) waar het koord begint

uit te rekken;

E is de evenwichtsstand waar Joop aan het einde van

de sprong in rust blijft hangen voordat hij weer

omhoog getrokken wordt;

D is het laagste punt (35 m onder P).

4p 4

Beredeneer of Joop op het traject van R naar E

versnelt of vertraagt. Verwaarloos wrijvingskrachten.

Figuur 1

Figuur 2

(29)

In figuur 4 zijn de zwaarte-energie E

z

van Joop ten opzichte van punt D en de

veerenergie E

v

van het koord uitgezet tegen de valafstand x, die gemeten

wordt ten opzichte van punt P. Figuur 4 staat ook op de bijlage.

Figuur 4

4p 5

Teken in de figuur op de bijlage de grafiek voor de kinetische energie van

Joop als functie van de valafstand x. Verwaarloos wrijvingskrachten.

Joop vermoedt dat het elastische koord net als veel andere elastieken niet

voldoet aan de Wet van Hooke.

1p 6

Wat is hèt kenmerk van een elastiek dat voldoet aan de Wet van Hooke?

Als het vermoeden van Joop klopt, zou het verloop van de veerenergie van

een elastiek dat voldoet aan de Wet van Hooke anders moeten zijn dan in

figuur 4.

Joop maakt drie schetsen die mogelijk het verloop van een veer weergeven

die voldoet aan de Wet van Hooke en passen bij de gegevens van zijn

sprong. Alle tekeningen hebben gemeen dat de veren beginnen met

uitrekken bij x = 15 m en dat ze ten gevolge van de sprong uitrekken tot x =

35 m.

Figuur 5

De drie schetsen van Joop staan in figuur 5. Hierin is steeds alleen het

gedeelte uit de grafiek van figuur 4 getekend, waarbij er sprake is van een

uitrekking.

(30)

De grafiek voor de veerenergie die voldoet aan de Wet van Hooke en past bij

de sprong van Joop wordt weergegeven door:

A grafiek A

B grafiek B

C grafiek C

D Geen van drieën. Het vermoeden van Joop was onjuist: het elastische

koord waarmee hij sprong voldeed zelf al aan de Wet van Hooke.

Opgave 3 Formula Rossa, de snelste achtbaan

De snelste achtbaan ter wereld was in 2013 de

Formula Rossa in Abu Dhabi. De achtbaankarretjes

hebben de vorm van een formule 1-auto (zie figuur 6).

Een hydraulisch systeem zorgt ervoor dat de karretjes

horizontaal in 4,9 s worden versneld van 0 tot 67 m/s.

Passagiers ondervinden tijdens de lancering een

gemiddelde versnelling van 1,4 g.

2p 8

Toon dit aan met een berekening.

Volgens het park is de maximale versnelling die de passagiers ondervinden

1,7 g. Deze versnelling wordt tijdens de lancering bereikt als het

achtbaankarretje een snelheid van 12 m/s heeft. Een achtbaankarretje met

16 passagiers weegt ongeveer 2,1 ton.

In deze hele opgave mogen weerstandskrachten worden verwaarloosd.

3p 9

Bereken het effectieve vermogen van het aandrijvingsmechanisme op het

moment dat het karretje 12 m/s gaat.

Na de horizontale lancering rijdt het karretje een 53 m hoge heuvel op. Om te

voor-komen dat het karretje te hard rijdt op de top van deze heuvel, wordt het

karretje door een magnetisch remsysteem afgeremd. Het magnetische

remsysteem levert hierbij een arbeid van - 2,9 MJ.

2p 10 Verklaar waarom de arbeid hier een negatief teken heeft.

4p 11 Bereken de snelheid die het karretje boven op de heuvel heeft.

De Formula Rossa heeft geen looping. In figuur 7 is

schematisch een achtbaan getekend met een looping.

Hierin is een deel van de achtbaan weergegeven met

een heuvel met een hoogte h gevolgd door een

cirkelvormige looping met een straal r.

Voor achtbanen met een looping geldt een speciale

eis voor de minimale snelheid waarmee ze door de

looping gaan. Om niet uit de looping te vallen, moet

het karretje bovenin de looping een minimale snelheid

v hebben die gegeven wordt door de relatie:

v =

❑

√

g ∙ r

Hierin is g de valversnelling en r de straal van de cirkelvormige looping. Met

behulp van deze formule kun je afleiden wat de minimale hoogte van een

Figuur 6

(31)

heuvel moet zijn, wanneer een karretje vanaf een heuvel wordt versneld

richting de looping.

We nemen hierbij aan dat de snelheid van het karretje bovenaan de heuvel

te verwaarlozen is. Met deze aanname geldt voor de minimale hoogte h:

h=2,5∙ r

3p 12 Leid deze relatie af door gebruik te maken van energiebehoud en de

formule voor de minimale snelheid bovenin een looping.

(32)

Bijlage C Lesmateriaal

Tijdens de les krijgen de leerlingen een werkmap met daarin het volgende:

 De leerdoelen die in deze 6 lessen moeten worden afgerond en zullen worden getoetst bij meting B. Bij de leerdoelen staan individuele en groeps taken vermeld die kunnen helpen bij het oefenen van de stof.

 Een lege grafiek met op de horizontale as de tijd die we hebben en op de verticale as het aantal leerdoelen dat afgerond is. Dit noemen we de voortgangsgrafiek. Deze zal aan het einde van iedere les worden geüpdate door de planner.

 Taakomschrijving van de 4 groepsleden, hier kunnen ze hun naam invullen. o Planner

o Voorzitter

o Contactpersoon docent

o Resultaten bijhouden (kan door twee personen ingevuld worden)

 Algemene tijdsplanning, hierin staan de lestijden en wanneer welke klassikale instructie wordt gegeven.

(33)

Werkmap hoofdstuk 7: Energie en Arbeid Naam groep: Planner: Voorzitter: Contactpersoon: Resultaten manager: Voortzetting:

Geef aan het einde van de les tekens aan hoeveel leerdoelen de groep op dat moment beheerst.

2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Aantal lessen

A

an

ta

l l

ee

rd

o

el

en

(34)

Taakomschrijving groepsleden

Planner:

De planner is verantwoordelijk voor de tijdsplanning van het groepje. Tijdens de lessen houdt de planner bij of iedereen op schema ligt. De planner neemt het voortouw bij het maken en bijstellen van de planning van jullie groepjes, de andere groepsleden helpen hiermee. Tijdens de les bespreekt de planner de actuele tijdsplanning met de docent.

Voorzitter:

De voorzitter neemt tijdens de les de leiding over de groep. Verdeelt de taken die als groep moeten worden gedaan in samenspraak met de groep en bij gezamenlijke opdrachten geeft hij de

samenwerking een sturende rol. De voorzitter houd in de gaten of alle groepsleden het tempo bij kunnen houden. De voorzitter controleert (tijdens het samenwerken) of alle groepsleden de

gemaakte opdrachten begrepen hebben, zodat de groep pas verder gaat naar de volgende opdracht als iedereen de vorige opdracht door heeft.

Contactpersoon:

De contactpersoon mag vragen stellen aan de docent over de stof en over het programma. Het is de bedoeling dat alle vragen via de contactpersoon lopen. Wanneer er vragen zijn over een opgave of over de stof vraagt de contactpersoon dit aan de docent en legt de contactpersoon dit weer verder uit aan de andere groepsleden. Het is dus handig als de contactpersoon degene is die het best kan uitleggen.

Resultaten manager:

De resultaten manager verzameld tijdens de lessen de resultaten van de groepsopdrachten. Hij/zij zorgt er voor dat ieder groepslid hier toegang voor heeft (zodat iedereen kan leren voor de toets). Als er gewerkt wordt aan een groepsopdracht zorgt de resultaten manager ervoor dat iemand hier aantekeningen bij maakt of een goede uitwerking maakt. (Deze taken worden eerlijk verdeeld, hij/zij is geen notulist!). De resultaten manager zorgt er dan voor dat deze uitwerkingen goed worden bewaard en met elkaar gedeeld.

(35)

Lesplanning

Les Beschrijving Diagnostische toets

1 Introductie werkwijze en opdrachten. Maken van je planning.

Uitleg paragraaf 1: Kinetische energie, potentiele energie en energie behoud.

2 Werken aan de opdrachten Planning bijstellen

Vanaf nu mag je D1 doen

3 Uitleg paragraaf 2: arbeid, energie omzetten en gulden regel Werken aan de opdrachten

Planning bijstellen

5 Uitleg paragraaf 3: arbeid (bij kracht onder en hoek), (F,s)-grafiek, veerkracht en veerenergie

Werken aan de opdrachten Planning bijstellen

(36)

Leerdoelen

1. De leerling kent het begrip kinetische energie en kan de kinetische energie uitrekenen. 2. De leerling kan de formule voor kinetische energie toepassen in een context rijke vraag. 3. De leerling kan uitleggen wat potentiële energie betekent.

4. De leerling kent het begrip zwaarte energie en kan deze uitrekenen.

5. De leerling kan de formule voor zwaarte energie toepassen in een context rijke vraag. 6. De leerling weet dat energie behouden is en kan dit toepassen in een context rijke vraag. 7. De leerling kan uitleggen wat het begrip arbeid betekent en kan de arbeid berekenen 8. De leerling kan de formule voor arbeid toepassen in een context rijke vraag.

9. De leerling weet dat Arbeid energieomzetting tot gevolg heeft en kan dit in context gebruiken.

10. De leerling kan uitleggen wat de gulden regel inhoud.

11. De leerling kan uitleggen wat de invloed van de richting van de kracht, ten opzichte van bewegingsrichting, is op de arbeid.

12. De leerling kan de arbeid uitrekenen als de kracht onder een hoek met de bewegingsrichting staat.

13. De leerling kan de arbeid bepalen uit een F,s grafiek

14. De leerling kan de veerkracht en veerenergie uitrekenen en weet wanneer hij deze kan toepassen.

15. De leerling kan de formules voor de veerkracht en veer energie toepassen in een context rijke vraag.

Overzicht van opgaven uit het boek (Pulsar VWO 4, 3de_editie)

Leerdoe l

Individuele opgaven groepsopgaven

1 1, 2, 2 3 12, 5, 10, 4 3, 5 4, 6 7, 9, 12, 15, 6, 11, 7 17, 18, 19, 22, 21, 8 20, 27 26, 9 25, 10 23, 24, 11 28, 12 29, 30, 13 31, 32, 36 37 14 33 15 35 34, 37

Groepsopdrachten bij leerdoelen (1 t/m 6) van paragraaf 1

- Maak een samenvatting van de stof met de begrippen kinetische energie, zwaarte-energie, behoud van energie en potentiële energie. Geef in je samenvatting ook (reken)voorbeelden. - Beschrijf twee voorbeelden waarbij kinetische energie volledig omgezet wordt in potentiële

energie. Geef ook een voorbeeld waarbij dit niet het geval is.

- Ontwerp zelf 1 opgave waarbij je gebruik moet maken van de formule voor kinetische energie en zwaarte energie.

(37)

- Zelfstandig: Maak zelf de individuele opgaven (zonder nakijkboekje). Samen: Bespreek de opgaven en kijk deze na.

- Maak samen de groepsopgaven. Maak hier ook een uitwerking van. - Voer de practicum opdracht ‘stuiterbal’ uit.

- Maak de extra opgaven. Probeer de opgave eerst zelfstandig en maak daarna samen 1 uitwerking.

Als alle opdrachten af zijn en alle groepsleden de leerdoelen beheersen kunnen jullie de diagnostische toets maken.

- Maak eerst zelfstandig de toets. Bespreek hem daarna samen. Bekijk wat je lastig vond en of er opgaven/stof is die wilt herhalen.

- Zelfstandig: Herhaal de stof en opgaven die je het lastigst vond.

- Maak een samenvatting van de stof met de begrippen arbeid, energieomzetting en gulde regel. Geef in je samenvatting ook (reken)voorbeelden.

- Beschrijf vier voorbeelden. 2 voorbeelden waarbij je wel een kracht uitoefent en er geen arbeid wordt verricht en 2 voorbeelden waarbij er wel arbeid wordt verricht.

- Pas je zelfgemaakt opgave van de vorige paragraaf aan zodat je ook de formule voor arbeid nodig hebt. Je kunt bijvoorbeeld een constante weerstandskracht toevoegen. Maak ook een uitwerking (op een apart blaadje). Lever de opgave en uitwerking in bij de docent. Het groepje dat de leukste opgave(n) inlevert kan een lekkere prijs winnen.

- Maak samen de groepsopgaven. Maak hier ook een uitwerking van. - Voer de practicum opdracht ‘remkracht meten’ uit.

- Zelfstandig: Herhaal de stof en opgaven die je het lastigst vond.

- Maak een samenvatting van de stof met de begrippen bewegingsrichting + arbeid + kracht, (F,s)-grafiek, wet van Hooke, veerkracht en veerenergie. Geef in je samenvatting ook (reken)voorbeelden.

- Leg uit hoe je aan een (F,u)-grafiek van een elastiek kunt zien of je de formule voor de veerenergie kunt toepassen.

- Maak samen de groepsopgaven. Maak hier ook een uitwerking van.

(38)

(39)

Extra opdrachten en D-toetsen die worden gebruikt in de les:

(Bij de opgaven zitten er een paar tussen die te moeilijk waren, dit is bij de leerlingen aangegeven) Het format is gewijzigd naar Word zodat het in dit document kon worden opgenomen. Dit heeft alleen wel tot resultaat dat de lay-out iets is aangepast.