Verslag van de resultaten op de retentietoets "massa-veer systemen"

Verslag van de resultaten op de retentietoets "massa-veer

systemen"

Citation for published version (APA):

Elst, van der, J. H. A. M. (1985). Verslag van de resultaten op de retentietoets "massa-veer systemen". (DCT rapporten; Vol. 1985.029). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1985

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

Verslag van de resultaten op de retentietoest "massa-veer systemen 'I

Eindhoven, mei 1985 WFW 85.029

J . H . A . M . van der Elst

1 . Inleiding.

In het kader van het onderzoekproject "de integratie van de computer in hel; onderwijs-leerproces" bestuderen we de volgorde waarin de verschillende fasen van het probleemoplossen onderwezen dienen te worden. Daarmee bedoelen we dat we in het begin vooral aandacht besteden aan de analyse, het selecteren van kernbetrekkin- gen en de evaluatie en interpretatie van de resultaten. Later komen de instrumentele technieken, die in het specifieke vakgebied een rol spelen pas aan de orde. De bedoeling hiervan is dat in eerste instantie de aandacht van de student wordt gericht op de essentiële kenniselementen die in het betreffende vakgebied van belang zijn. De begrippen, die in het betreffende vakgebied een rol spelen dienen volgens ons in de cognitieve structuur aanwezig te zijn voordat men start met een uitbreiding van de vakspecifieke denkhan- delingen en oplossingsprocedures.

We hebben deze methodiek toegepast bij een onderwerp uit de dynamica, namelijk de massa-veer systemen. Bovendien is deze methodiek gemakkelijk toepasbaar door liet gebruik van een computersysteem.

2. Uitvoering.

In het eerste trimester van het eerste studiejaar van de studie tot werktuigbouwkundig ingenieur worden de practica Massa-veer sys- teem 1 en 2 gegeven. Tijdens deze practica worden m.b.v. een computersysteem gedempte massa-veer systemen gesimuleerd. Door enigermate gestructureerd met deze massa-veer systemen te "stoeien"

-2-

hopen we dat studenten inzicht krijgen in de begrippen 6Ee bij massa-veer systemen van belang zijn. Bovendien verwachten we dat ze enig inzicht krijgen in relaties die tussen de verschillende variabelen bestaan. Op het moment dat de studenten deze practica volgen is de theorie van massa-veer systemen nog niet behandeld. Dit gebeurt pas in het derde trimester van het eerste studiejaar in het vak "inleiding dynamica".

Voordat de massa-veer systemen in het derde trimester worden be- sproken hebben wij de studenten een toets (zie bijlage) voorgelegd

om na te gaan wat er nog bekend was van de begrippen en relaties, welke tijdens de practica massa-veer systeem 1 en 2 aan de orde waren gekomen. Voor het maken van deze toets hadden de studenten 30 minuten beschikbaar. Bovendien werd de mogelijkheid geboden om op- merkingen te plaatsen ten aanzien van beide practica en de toets.

3 . Resultaten van de toets.

Aan vier van de vijf instructiegroepen werd de toets voorgelegd. Alle studenten, die tijdens de instructie aanwezig waren, beantwoordden de vragen. In totaal waren dit 90 studenten. De toets werd door de schrijver van dit verslag nagekeken. De resultaten op de toets zijn in tabel 1 weergegeven. Om na te gaan of alle gestelde vragen ook discrimineerden tussen de groep goede studenten en slechte studenten is van alle vragen de gemiddelde score gegeven voor beide groepen. De maximale score, die behaald kon worden bedroeg 20pt. De goede groep ( 2 8 studenten) is gedefinieerd ais de groep studenten die 12 o f meer punten scoorden; de slechte groep (62 studenten) bestaat uit studenten met een score minder dan 12pt.

4 . Reacties van de studenten.

Een van de meest voorkomende opmerkingen van de studenten was, dat men vond dat deze toets veel te laat werd afgenomen. Het was voor de studenten triviaal dat ze ongeveer 6 maanden na de gevolgde practica er bijna niets meer vanaf wisten. Een andere veel gemaakte opmerking was dat men vond dat er tijdens de practica massa-veer systeem 1 en 2 teveel ineens geleerd moest worden. Men moest nog

leren omgaan met de apparatuur, het programmapakket, paranieter- variatie en begrippen die een rol spelen bij massa-veer systemen.

-4-

Daardoor kwam de nadruk te veel te liggen op het intoetsen van gegevens zonder dat men eigenlijk precies wist wat men deed.

5. Conclusies en aanbevelingen

Uit de resultaten van de studenten op de toets blijkt dat de studenten een globale indruk hebben gekregen van de begrippen, die een rol spelen bij massa-veer systemen. Dit blijkt uit de redelijke beantwoording van de vragen 1, 2 en 3a. Ze zijn echter niet goed in staat om de gebruikte grafische voorstellingen correct te interpreteren. Aan deze grafische voorstellingen is echter wel veel aandacht besteed tijdens de practica. In hoeverre deze practica toch effect hebben op het leerproces van de student in het kader van het vak "inleiding dynamica" kan op basis van deze toets niet worden vastgesteld. Om een koppeling tot stand te brengen tussen de practica massa-veer systeem 1 en 2 enerzijds en het vak "inleiding dynamica" anderzijds zal in het kader van het vak "inleiding dynamica" een aantal problemen tijdens een instructie m.b.v. het- zelfde programma dat tijdens de practica werd gebruikt, worden opgelost. Na deze instructie zal aan de studenten een korte vragen- lijst worden voorgelegd, waarin hun oordeel opnieuw wordt gevraagd over de practica massa-veer systeem 1 en 2 en het gebruik van de computer om het inzicht in de begrippen, die bij massa-veer sys- temen een rol spelen, te verdiepen.

Voor het studiejaar 1985-1986 willen we voorstellen om het prac- ticum "ruimtelijk inzicht", waarin centraal staa.t. "het leren omgaan met de apparatuur", uit te breiden met een onderdeel waarin het parametermechanisme centraal staat. De fysische probleemstelling waarin met parametervariatie wordt geoefend moet zodanig zijn dat de fysica hiervan geen probleem vormt. De handleidingen, horende bij de practica massa-veer systeem 1 en 2 moeten worden aangepast. Indien mogelijk moet de groepsgrootte 24 studenten bedragen bij 12 terminals. Er dient 1 begeleider aanwezig te zijn. De drie practica "ruimtelijk inzicht", "massa-veer systeeni 1 en 2" dienen te worden geëvalueerd en afgesloten te worden met een toets. Deze toets dient op naam gesteld te zijn en moet beoordeeld worden. De studenten met

een onvoldoende resultaat op de toets dienen een aanvullende opdracht te krijgen. De moeilijkheidsgraad van de toets dient zodanig te zijn, dat een student die het practicum "normaal" heeft gevolgd in staat is om deze toets met een voldoende resultaat af te sluiten. Bovendien moet worden nagegaan wat de effecten zijn op de begripsvorming ten aanzien van massa-veer systemen bij het vak in- leiding dynamica ten gevolge van de practica massa-veer systeem 1 en 2. Indien deze positief zijn dan heeft het zin om dit ook toe te passen bij andere vakken.

Bij lage

TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 1

i n l e i d i n g .

I n h e t k a d e r van h e t onderzoek n a a r d e i n t e g r a t i e van de computer i n h e t o n d e r w i j s w i l l e n we nagaan w e l k e k e n n i s nog aanwezig i s van de p r a c t i c u m e e n h e i d massa-veer systeem van h e t W e r k t u i g k u n d i g F y s i s c h P r a c t i c u m . Daarom l e g g e n we u h i e r b i j een t o e t s v o o r met een a a n t a l vragen o v e r een massa-veer systeem. De b e a n t w o o r d i n g van deze t o e t s i s anoniem. De t o e t s z a l w e l i n h e t k a d e r van h e t vak I n l e i d i n g Dynamica besproken worden o p een d a a r v o o r g e s c h i k t moment. Het i s v o l g e n s ons ook i n uw b e l a n g om de vragen i n deze t o e t s zo goed m o g e l i j k t e beantwoorden omdat u dan opnieuw nadenkt o v e r b e g r i p p e n d i e l a t e r i n de c u r s u s I n l e i d i n g Dynamica aan de o r d e z u l l e n komen. Het i s de b e d o e l i n g d a t u a l l e vragen b e a n t w o o r d t op de b l a d e n d i e u gekregen h e b t en deze weer a l l e m a a l i n l e v e r t . De t i j d s d u u r w e l k e v o o r deze t o e t s b e s c h i k b a a r i s b e d r a a g t 3 0 m i n u t e n .

PROBLEEMSTELLING.

We beschouwen een eenvoudig massa-veer systeem z o a l s i s

weergegeven i n f i g . 1 . M = massa i n k g k = v e e r c o n s t a n t e i n N/m B = dempingsconstante i n N s / m x o ( t ) = opgedrongen v e r p l a a t s i n g x , ( t ) = v e r p l a a t s i n g van massa M = i n g a n g s s i g n a a l van h e t systeem = u i t g a n g s s i g n a a l f i g u u r 1

De e i g e n h o e k f r e q u e n t i e van d i t systeem w o r d t gekenmerkt d o o r de r e l a t i e :

w e

=E

Opgave 1.

We gaan u i t van een ongedempt systeem;dus B = O Ns/m. Wanneer we a l s opgedrongen v e r p l a a t s i n g x o een z u i v e r s i n u s v o r m i g s i g n a a l nemen, gegeven door:

21 t x = A sin(--)

I

O dan

verdwenen z i j n ) o o k sinusvormig zijn.

z a l het uitgangssignaal xl (nadat d e inschakelverschijnselen

4

-

-

behorende b i j d e beweringen, d i e volgens u

van x neemt rechtevenredig t o e m e t d e van het uitgangssignaal.

van x 1 is rechtevenredig met d e g r o o t t e van

1

c. d e g e m i d d e l d e w a a r d e van xl i s nul.

d. d e h o e k f r e q u e n t i e van het uitgangssignaal i s gelijk a a n d e e. d e h o e k f r e q u e n t i e van het uitgangssignaal is gelijk a a n d e

hoekfrequentie van het opgedrongen signaal. e i g e n f r e q u e n t i e van het massa-veer systeem. Opgave 2.

W e nemen n u a l s opgedrongen verplaatsing e e n stapvormig s i g n a a l m e t staphoogte A.(zie fig.2)

f i g u u r 2

Daar het s y s t e e m ongedempt i s , t a l het uitgangssignaal x 1 ( n a d a t d e inschakelverschijnselen verdwenen z i j n ) een z u i v e r sinusvormig

signaal zijn.

Omcirkel d e l e t t e r behorende b i j d e beweringen d i e volgens u juist zijn.

a. d e a m p l i t u d e van x 1 neemt rechtevenredig t o e m e t d e

b. d e a m p l i t u d e van x 1 i s rechtevenredig met d e grootte van A. c. d e g e m i d d e l d e w a a r d e van x 1 i s nul.

d. d e h o e k f r e q u e n t i e van het uitgangssignaal is n u l omdat w e e. d e hoekfrequentie van het uitgangssignaal is gelijk a a n d e

hoekfrequentie van het uitgangssignaal.

hier e e n stapvormig ingangssignaal hebben

.

TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 3

O p g a v e 3

c

In onderstaande t w e e grafieken (fig. 3 en 4 ) i s d e frequentie- responsie weergegeven van het i n d e probleemstelling beschreven massa-veer systeem, met dit verschil dat d e dempingsconstante B nu ongelijk aan nul is. De dempingsconstante 8 i s nu zo groot dat w e kunnen spreken over een licht gedempt systeem.

0 _ -

figuur 3

a. Welke 2 indicaties doen u eigenfrequentie herkennen?

Antwoord :

0

figuur 4

in d e z e 2 grafieken d e

b. Teken i n d e figuren 3 en 4 het globale verloop van d e frequentie-responsies, d i e wordt verkregen als d e veerconstante een factor 9 m a a l groter wordt.

O p g a v e 4

Schets heb verloop van d e figuur, wanneer a. d e dempingsconstante B b. da dempingsconstante B

X1X8

oneindig groot is.

X I 0-1

Opgave 5

Bepaal m.b.v. d e figuren 3 en 4 het uitgangssignaal als functie van d e tijdíin formulevorm) indien het ingangssignaal gegeven wordt door:

xo= A sin i wotl O

m e t wo= 3.14 rad/s

Ag= 1.0 cm

met andere woorden: bepaal A , , w d e betrekking: e n

v 1

TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 5

Opgave 6 .

Schets i n ondet-staande figuur het uitgangssignaal x 1 a l s f u n c t i e

van de t i j d “Yanneer het ingangssignaal stapvormig i s b i j

hetzelfde massa-veer systeem a l s van f i g u u r 3.

Kan men h i e r spreken over een periodieke beweging?

Zo nee,waarom n i e t ? Zo j a hoe groot i s dan de frequentie? Antwoord :

Indien

systeem o f op deze toets dan i s dat hieronder mogelijk.