O NDERZOEK VAN O NDERWIJS
Naar een informatieoverdracht-practicum voor het NiNa-domein “Communicatie: Ver en dichtbij”
Auteur:
Harmen D ROOGENDIJK
Begeleider:
Dr. J.T. VAN DER V EEN
Geluidsbron Filter Modulator
Luidspreker Audioversterker
Demodulator
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 het kader van dit onderzoek een practicum ontworpen, ontwikkeld en getest. Het practicum is gericht 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 een practicumhandleiding waarbij ze leren hoe modulatie in de praktijk werkt, welke onderde- len hierbij een belangrijke rol spelen en hoe bepaalde eigenschappen die horen bij amplitude modulatie (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 over de 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 hebben op 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 voldoende zien, 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 oordeel krijgt. Daarnaast geven ook de leerlingen aan het een leuk én leerzaam practicum te vinden.
iii
Inhoudsopgave
Samenvatting iii
Inhoudsopgave v
1 Inleiding 1
1.1 Achtergrond . . . . 1
1.2 Onderzoeksopzet . . . . 1
1.2.1 Probleemstelling . . . . 1
1.2.2 Onderzoeksvraag . . . . 2
1.3 Leeswijzer . . . . 2
2 Inventarisatie 3 2.1 Plaatsing binnen module . . . . 3
2.1.1 Eisen en specificaties . . . . 4
2.2 Mogelijke practica . . . . 5
2.2.1 AM-kits . . . . 5
2.2.2 Overige . . . . 6
2.3 Keuze . . . . 6
3 Ontwikkeling 7 3.1 Opstelling . . . . 7
3.2 Opzet practicum . . . . 9
3.2.1 Modulatie . . . . 9
3.2.2 Eén toon . . . 10
3.2.3 Radio . . . 11
3.2.4 Enquête . . . 11
3.3 Positionering . . . 12
3.3.1 Eindtermen . . . 12
4 Evaluatie 13 4.1 Begripstoetsing . . . 13
4.1.1 Grondniveau . . . 13
4.1.2 Beschrijvend niveau . . . 14
4.1.3 Theoretisch niveau . . . 14
4.2 Resultaten . . . 15
4.2.1 Begrip op grondniveau . . . 16
4.2.2 Begrip op beschrijvend niveau . . . 17
4.2.3 Analyse enquête . . . 20
4.3 Algemeen . . . 22
v
4.3.1 Niveaucorrelatie . . . 22
4.3.2 Eindscore . . . 22
4.3.3 Effectiviteit . . . 24
5 Conclusies en aanbevelingen 25 5.1 Conclusies . . . 25
5.2 Discussie . . . 26
5.3 Aanbevelingen . . . 27
Referenties 29 A Eindtermen HAVO 31 A.1 Subdomein B1. Informatieoverdracht . . . 31
A.1.1 Eindterm . . . 31
A.1.2 Specificatie . . . 31
A.2 Beheersingsniveau’s . . . 32
B Analyse practicum 33 B.1 Learning objective(s) (or intended learning outcome(s)) . . . 33
B.2 Design . . . 34
B.3 Presentation . . . 35
B.4 Learning demand . . . 35
B.5 Assessment of effectiveness when used . . . 36
B.5.1 Effectiveness at level (1) . . . 36
B.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 natuurkunde op havo en vwo ontwikkeld (Commissie NiNa, 2010). Deze nieuwe programma’s binnen de natuurkunde dragen de gezamenlijke naam “Nieuwe Natuurkunde (NiNa)”. NiNa zal op 1 augustus 2013 landelijk worden ingevoerd binnen het voortgezet onderwijs (Ministerie van OC&W, 2012). Er zijn momenteel al een 15-tal scholen waar concept-examenprogramma’s NiNa 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 nieuwe onderdelen is “Telecommunicatie”, wat (toegepast) aansluit op het onderdeel “Trillingen en golven”. Invoering van dergelijke nieuw leerstof vormt uitdagingen voor de school op vele vlakken: didactiek, toetsing, maar ook op het praktische vlak.
In het kader van het vak Onderzoek van Onderwijs — ter afronding van de master Science Education 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, zodat het eindresultaat kan fungeren als een advies richting de scholen omtrent het opzetten van dergelijk praktisch werk binnen deze module.
1.2 Onderzoeksopzet
1.2.1 Probleemstelling
Binnen de exacte vakken en wetenschap, waaronder zeker ook de natuurkunde, wordt het doen van praktisch werk gezien als een waardevolle toevoeging aan het leerproces (Millar, 2004). Echter, bij het introduceren van nieuwe stof binnen een natuurkundig leerprogramma is van te voren vaak niet duidelijk of er bijbehorende praktische werkvormen aanwezig zijn (practica, experimenten, ICT-opdrachten, etc.). Dergelijke werkvormen dienen dan ook tijdig onderzocht 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
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 daarom ook 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 een practicum binnen de NiNa-module “Communicatie: Ver en dichtbij”, zowel op het vlak van plaatsing binnen de module als realiseerbare vormen van een dergelijke practicum. Tevens wordt een inventarisatie gedaan op het gebied van reeds beschikbare practica voor de desbe- treffende NiNa-module. De nadere uitwerking van het gekozen practicum wordt beschreven in hoofdstuk 3. De (leer)resultaten die zijn voortgekomen uit de implementatie en evaluatie van 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 ontwikkelen practicum. Wanneer dit laatste is vastgesteld, wordt beschreven welke mogelijkheden er zijn om 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 waar winst te behalen valt op praktisch vlak. In tabel 2.1 is een overzicht gegeven van datgene wat 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 meer gedetailleerde 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 4c
A Trillingsverschijnselen in de natuur, in de techniek en bij na- tuurkundige proeven kwalitatief en kwantitatief analyseren
X 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 ) -diagrammen maken van trillingen en golven
X X X
D Uit ( u, t ) en ( u, x ) -diagrammen de fysische eigenschappen van de 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 trillende
medium 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 moet kunnen reproduceren én dient te begrijpen. Op bepaalde vlakken (A, B, C, E en H) dient de kandidaat ook het genoemde toe te kunnen passen in nieuwe en concrete situaties (bijlage A).
3
Als handvat voor het plaatsen van de reeds beschikbare practica en de gewenste plaatsing voor het te ontwikkelen practicum wordt de test-module zelf als uitgangspunt genomen (van Huis et al., 2010). In deze module zijn diverse practica opgenomen, die in tabel 2.2 worden weergegeven, 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 H
Frequentiemeting 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 de vermelde practica in (van Huis et al., 2010). Echter, er zijn maar weinig practica die vier (of meer) eindtermen omvatten. Daarnaast zijn er twee GSM-practica beschikbaar, maar deze twee practica zijn vormen van groepswerk waarbij de meer fysische aspecten van trillingen en golven (zoals trillingstijd en frequentie) geheel achterwege blijven.
Aangezien term G de echte vernieuwing is binnen “Communicatie” is het goed deze term nader te beschouwen met behulp van bijlage A. De kandidaat kan informatieoverdracht tussen een zender en ontvanger uitleggen, maar dient dat ook onder de volgende ‘voorwaarden’ te kunnen 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 een selectie 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 uitleggen
Deze 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, maar er daadwerkelijk in de praktijk mee aan de slag te gaan leidt dit — bij juiste opzet en uitvoering — tot een beter begrip.
Werken met apparatuur, maar niet alleen PC/laptop
Een mogelijk gevaar van het veel inzetten van de computer kan er toe leiden dat het voor de leerlingen een black box is en blijft. De inzet is om zoveel mogelijk met losse apparatuur en een modulaire opstelling te werken.
Koppeling eindtermen
Voor het verhogen van het rendement van het practicum én een duidelijker plaatsing verdient het aanbeveling andere eindtermen (tabel 2.1) ook op te nemen in het practicum, waar mogelijk.
Geschikt voor 4 HAVO
Aangezien dit onderdeel nieuw is voor zowel 4 HAVO als 4 VWO dient dit practicum zo breed mogelijk inzetbaar te zijn.
2.2 Mogelijke practica
Om een practicum ontwikkelen op basis van de gestelde specificaties kan er vanuit diverse perspectieven 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 en Dorenbos, 2005). Onderzoek leert dat vooral in India veel wordt gewerkt met dergelijke kits op het gebied van communicatie. In tabel 2.3 is een overzicht weergegeven van beschikbare kits en de bijbehorende prijzen.
Tabel 2.3: Overzicht van beschikbare kits voor amplitude modulatie (AM).
Bedrijf Omschrijving Prijs (EUR)
Atico
(2012) Amplitude Modulation & Demodulation 83,49
Inventech(2012) AM Trainer Kit – Model No : IND500 94,15
Bytronic(2010) DSB/SSB AM Transmitter/Receiver Trainer 1.202,18
Hik-Consulting
(2008) ST2170J 1.593,90
Kitek
(2007) ACT-08/09 — DSB/SSB AM Transmitter/Receiver Kit 485,76
Edibon
(2010) AM trainer 820,00
Italtec
(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 kits veel 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
tamelijk prijzig, waarbij de transportkosten nog niet zijn inbegrepen. Wat het aanschaffen van een 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 het krijgt 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 weergegeven van diverse practica wereldwijd, variërend van een optisch gemoduleerd laser-systeem tot het zelf bouwen van een AM-schakeling.
Tabel 2.4: Overzicht van diverse practica op het gebied van amplitude modulatie (AM).
Achtergrond Omschrijving Bijzonderheden
Dep. 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 ongeveer EUR 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 en
nogal 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 voortgezet onderwijs. 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 voldoende
basis biedt voor het te ontwikkelen practicum is de keuze gemaakt om zelf een practicum op
te zetten. Voor dit practicum zal, indien nodig, gebruik gemaakt worden van apparatuur van
de vakgroep Transducers Science and Technology (TST) van de Universiteit Twente. In het
volgende hoofdstuk is het ontwerp en de ontwikkeling van het uiteindelijke practicum nader
beschreven.
Hoofdstuk 3
Ontwikkeling
Bij een nieuw te ontwikkelen practicum is het van belang dat van te voren goed duidelijk is wat het beoogde doel van het praktische werk is en hoe dit doel kan worden bereikt. Uit onderzoek van 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 voor het practicum is het gestelde doel van het practicum (Hart et al., 2000; Wellington, 2005): wat wil 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 mogelijk rendement dan wel effectiviteit gewenst is. Diverse onderzoekers geven hiervoor richtingen en 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 in hoofdstuk 4 om te onderzoeken of dit ook een effectief en nuttig practicum blijkt te zijn: hoe wil 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 vastgesteld hoe 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 binnen de 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 vervolgens aangeboden 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. Dit gemoduleerde 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
Geluidsbron Filter Modulator
Luidspreker Audioversterker
Demodulator
Zenden Ontvangen
Oscilloscoop
Figuur 3.1: Schematische weergave van de practicumopstelling.
vermogen levert om een luidspreker aan te sturen. Via deze luidspreker kan de reconstructie van 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 voorkeur de 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
Filter Modulator
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 van Agilent 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 voor een gemiddelde school nogal een investering is. Een overzicht van de gebruikte apparatuur is weergegeven in tabel 3.1.
Tabel 3.1: Overzicht van de gebruikte apparatuur voor het practicum.
Omschrijving Merk en type Via
Toongenerator 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 enige angst bij leerlingen weg te nemen, want de opstelling is tamelijk imposant (opstelling van 4 meter 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 heeft vooraf de toongenerator ingesteld op een signaalfrequentie van 2 kHz en de modulator op een 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 de toongenerator. Deze frequentie is bewust op 2 kHz gekozen, zodat op de oscilloscoop het AM-gemoduleerde signaal goed zichtbaar is (verhouding tussen signaalfrequentie en draag- golffrequentie).
De leerlingen dienen het gemoduleerde signaal naar behoren in beeld te brengen en daar
een (u,t)-diagram van te maken, zoals weergegeven in figuur 3.3. Op basis van hetgeen ze
op 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 van de trillingstijd en daaruit de frequentie te berekenen. Dit alles wordt mede gedaan om een koppeling te maken met andere termen uit “Communicatie” (tabel 2.1).
(u,t)-diagram
Tijd
Spanning
Figuur 3.3: Schets van het (u,t)-diagram met het ingangssignaal (blauw) en het AM-signaal (rood). De signaalfrequentie 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 tussen het signaal van de toongenerator en het AM-gemoduleerde signaal. Hier is het de bedoeling dat 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. Gewenst van 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 op basis van het gedemoduleerde signaal. Aangezien in dit signaal nog ‘resten’ van de draaggolf aanwezig zijn wordt de leerlingen gevraagd waarom je deze niet hoort, wat verklaard wordt door 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 demodulator
los te koppelen en de modulator rechtstreeks aan te sluiten op de audioversterker. Hierbij
moeten ze vervolgens aangeven en verklaren wat ze horen: niets. De leerlingen zullen op de
oscilloscoop zien dat het lijkt alsof het 200 Hz signaal nog aanwezig is, maar deze vormt de
omhullende van de draaggolf met een frequentie van 40 kHz. De werkelijke frequenties die
worden 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, wat maar 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), zijn de 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 3.4 over te nemen van de oscilloscoop en op basis van zowel het diagram als het geluid uit te leggen of er nog sprake is van een draaggolf en AM-modulatie.
(u,t)-diagram
Tijd
Spanning
Figuur 3.4: Schets van het (u,t)-diagram met het ingangssignaal (blauw) en het AM-signaal (rood). De signaalfrequentie is 200 Hz, de draaggolffrequentie is 400 Hz.
3.2.3 Radio
Om het belang van modulatie van informatieoverdracht (beter) voor het voetlicht te brengen wordt de leerlingen gevraagd de toongenerator te ‘vervangen’ door een laptop met Internet.
Hierbij moeten ze via de website “http://www.nederland.fm/” hun favoriete radiozender selecteren. Door de draaggolffrequentie weer in te stellen op 40 kHz (boven het menselijk hoorbereik en de aangeboden muziek) kunnen de leerlingen via de oscilloscoop hoe muziek er zowel zonder als met modulatie uitziet.
Eerst wordt ze gevraagd naar het feit waarom het beeld van de oscilloscoop niet stil blijft staan, wat wordt veroorzaakt door het continu wisselen van het aanbod en sterkte van diverse frequenties. 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 naar voren komt. Een vraag waarbij gekeken kan worden of ze de essentie van amplitude modulatie door hebben: het radio-signaal wordt ‘gedragen’ door de draaggolf en vormt derhalve de omhullende. Als laatste vraag wordt leerlingen dan ook gevraagd (als controle) waarom de demodulator 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 begripsvorming
van 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 en waarom 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 ook vermeld welke eindtermen gedekt worden. Wat opvalt uit tabel 3.2 is dat dit practicum de meeste 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 H
Frequentiemeting 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). Deze termen 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 en golven.
D) Uit ( u, t ) en ( u, x ) -diagrammen de fysische eigenschappen van de trillingen en golven bepalen.
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) als uitgangspunt genomen. In dit onderzoek wordt met behulp van de niveautheorie van van Hiele (1973) een tweetal begripsniveaus vastgesteld, waarmee een uitspraak kan worden ge- daan over het begrip van de leerling voor gespecificeerde leerstof. Ook voor dit practicum worden dergelijke niveaus onderscheiden waarmee kan worden bepaald in hoeverre de leer- ling begrip heeft van modulatie en de bijbehorende context van informatieoverdracht: zenden en 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 komen hierbij 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 toetsonderdelen te introduceren, met elk hun eigen toetswijze (tabel 4.1). Bij diverse onderdelen gaat het om een specifiek onderdeel van het practicum, bij andere onderdelen om een combinatie of het gehele practicum.
Om een kwantitatieve score mogelijk te maken worden voor elk toetsonderdeel onder- staande ‘cijfers’ toegepast (van Raaij, 2005). Het eindoordeel behorende bij het grondniveau bestaat uit het rekenkundig gemiddelde van de zes onderdelen uit tabel 4.1.
4 – goed begrepen
3 – redelijk begrepen, maar vaag omschreven 2 – twijfelachtig
1 – zeer twijfelachtig, bovendien vaag omschreven 0 – zeker niet begrepen
13
Tabel 4.1: Toetsing voor het grondniveau.
# Toetsonderdeel Wijze van toetsing
G1 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 dient
te 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 wordt meer gekeken naar de toepassing van de leerstof en of de leerling ook daadwerkelijk begrijpt waar het practicum over gaat en ten doel heeft. De onderstaande eigenschappen behoren tot het 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 gaat het om een specifiek onderdeel van het practicum, bij andere onderdelen om een combinatie.
Tabel 4.2: Toetsing voor het beschrijvend niveau.
# Toetsonderdeel Wijze van toetsing
B1 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 het grondnivau. 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 theoretisch niveau 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 vooral
ontworpen 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 name de twee eerder genoemde niveaus behelst.
Op basis van de eindterm G en het gewenste beheersingsniveau (tabel 2.1) is een goed begrip op grondniveau (score 4) en een redelijk begrip op het beschrijvend niveau (score 3) het gewenste 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 die periode in de afrondende fase van de module “Communicatie: Ver en dichtbij”, waardoor de benodigde 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 vragen van 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 van de begripsvorming te analyseren is het goed eerst te onderzoeken hoe veel tijd de leerlingen voor 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
Aantal twee-/drietallen
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 meeste
leerlingen 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
(g
2= 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 meer
tijd 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 (g
1= 1.87).
4.2.1 Begrip op grondniveau
Op basis van de ingeleverde practicumhandleidingen van de leerlingen (bijlage C) zijn de zes verschillende 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 uiteinden van de blauwe ‘whisker’ de kwartielen 1 en 3 vormen en de minimale en maximale waarden worden gekenmerkt door de uiteinden van de blauwe lijnen.
Niet (0) Vaag (1) Twijfelachtig (2) Redelijk (3) Goed (4)
G1 G2 G3 G4 G5 G6
Mate van begrip
Toetsonderdeel
Resultaten – GrondniveauFiguur 4.2: Resultaten van de leerlingen voor het grondniveau.
Naast deze boxplot zijn de resultaten voor het grondniveau ook numeriek weergegeven in tabel 4.3, waarbij achtereenvolgens de gemiddelde waarde µ, de standaarddeviatie σ, de mate van scheefheid g
1en de kurtosis (platheid) g
2worden vermeld.
Tabel 4.3: Resultaten voor het grondniveau.
# Toetsonderdeel µ σ g
1g
2G1 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 dient
te 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 de leerlingen 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 ‘redelijk begrip’ (score 3), met ook standaarddeviaties die onderling weinig verschillen. Op basis van de boxplot uit figuur 4.2 komt ook naar voren dat op nagenoeg alle onderdelen ook alle mogelijke scores 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
Sectie 4.2 Resultaten 17
leerling. Wat opvalt hierbij is dat de normale verdeling van scores nagenoeg symmetrisch is (g
1= 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 volledig hebben 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 weergegeven in figuur 4.3, gezamenlijk met de normale verdeling.
0 5 10 15
0 1 2 3 4
Aantal leerlingen
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 bijna redelijk begrip heeft op basis van het grondniveau (µ = 2.67 ) . Uit zowel het histogram als de waarde voor de standaard deviatie (σ = 0.78) dat er onder de leerlingen nogal wat spreiding is omtrent hun begrip: er zijn leerlingen met een zeer twijfelachtig begrip (score 1) tot een bijna volledig begrip (score 4). Daarnaast vertoont de verdeling een links-scheef beeld (g
1= − 0.32) alsmede een behoorlijke platheid (g
2= − 0.74), waarbij het laatste aangeeft dat er niet een bepaalde 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 in zwart de mediaan is weergegeven, de uiteinden van de blauwe ‘whisker’ de kwartielen 1 en 3 vormen en de minimale en maximale waarden worden gekenmerkt door de uiteinden van de blauwe lijnen.
Naast deze boxplot zijn de resultaten voor het grondniveau ook numeriek weergegeven in tabel 4.4, waarbij achtereenvolgens de gemiddelde waarde µ, de standaarddeviatie σ, de mate van scheefheid g
1en de kurtosis (platheid) g
2worden 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. Voor
alledrie 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
Mate van begrip
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 g
1g
2B1 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 ook leerlingen 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 een selectie van uitspraken (bijlage E) over het practicum hieronder weer te geven en met elkaar te vergelijken:
“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 demodulator wordt 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 de demodulator, 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 via twee wegen doorgestuurd. De ene gaat naar de oscilloscoop zodat je alles kunt zien, de andere naar de demodulator, die ook weer naar de versterker gaat, zodat je het geluid eruit 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 modulatie
toepassen (bijlage E)?
Sectie 4.2 Resultaten 19
“Radio, die stuurt golven uit. Een telefoon heeft dat ook (SMS). Je kunt met modulatie communiceren 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. Modulatie versterkt 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 alle onderdelen (B1 t/m B3) sprake is van een rechts-scheefheid, wat inhoudt dat het zwaartepunt van 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 is een duidelijk platheid waar te nemen, wat inhoudt dat er niet een score is die opvallend vaak voor 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 rekenkundig gemiddelde van de scores van deze drie toetsonderdelen. Een histogram van deze scores is weergegeven in figuur 4.5, gezamenlijk met de normale verdeling.
0 5 10 15
0 1 2 3 4
Aantal leerlingen
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 zeer
twijfelachtig 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 de
leerlingen nogal wat spreiding is omtrent hun begrip: er zijn leerlingen met nagenoeg geen
begrip (score 0) tot een redelijk begrip (score 3). Daarnaast vertoont de verdeling een rechts-
scheef beeld (g
1= 0.41) alsmede een behoorlijke platheid (g
2= − 0.60), waarbij het laatste
aangeeft 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 en maximale 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 g
1en de kurtosis (platheid) g
2worden vermeld. Hierbij zijn waardes voor de meerkeuzemogelijkheden toegekend zoals aangegeven in figuur 4.6.
Tabel 4.5: Resultaten van de meerkeuzevragen van de enquête.
# Meerkeuzevraag µ σ g
1g
21 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 (blauwe
lijnen 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.
Sectie 4.2 Resultaten 21
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 hoeveelheid leerlingen 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 een normale verdeling in de respons (g
2= − 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 grote spreiding valt waar te nemen (σ = 1.44).
Omtrent de achtergrond van de leerlingen en de voorkeuren en ervaringen binnen het vak natuurkunde komt naar voren dat veel leerlingen natuurkunde als zowel een lastig als niet heel leuk vak ervaren. Over de module “Communicatie: Ver en dichtbij” zijn ze echter iets positiever: de meeste leerlingen vinden het onderdeel “Communicatie” leuk en ook iets minder 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 in groen correlaties worden aangegeven met een significantie lager dan 0.01 en in geel correlaties met 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 9
1 — 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 de sterke, gemiddelde en afwezige correlaties. Hierdoor ontstaat er een goede indruk van de verbanden op basis van de afgenomen enquête. De sterke en gemiddelde correlaties worden allen gekenmerkt door een significantie lager dan 0.05. Voor de genoemde afwezige correlaties is 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 niet uit 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 in detail beschouwd. Het is echter ook de moeite waarde om te onderzoeken of er een verband is tussen 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 4.7 en is hierbij een lineaire regressie toegepast.
Uit deze analyse blijkt dat de waarde van de Pearson correlatie coefficiënt r = 0.49, wat wijst op een nagenoeg sterke correlatie tussen grond- en beschrijvend niveau. Met andere woorden, 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 resultaten
van 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 het
practicum is uiteindelijk de volgende berekening gehanteerd:
Sectie 4.3 Algemeen 23
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
Scor e beschrijvend niveau
Score grondniveau
Correlatie tussen begripsniveau’sLineaire regressie Data
Figuur 4.7: Correlatie-analyse tussen het grond- en beschrijvend niveau.
Eindcijfer = 1 + 3 |
indien uitgevoerd+ 3 × score grondniveau
4 + 3 × score beschrijvend niveau
4 (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 het grondniveau en zijn de hoge(re) cijfers toebedeeld aan diegenen die ook een redelijk tot goed begrip laten zien op het beschrijvend niveau. Een overzicht van de uiteindelijke eindcijfers is weergegeven in figuur 4.8, gezamenlijk met de normale verdeling.
0 5 10 15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Aantal leerlingen
Cijfer
Eindcijfers – Practicum
