Een elektronisch leerboek in Crocodile Physics: Elektriciteit Uitgevoerd te



Dovnload 44.8 Kb.
Datum24.08.2016
Grootte44.8 Kb.


Fontys Hogescholen

Lerarenopleiding Sittard

Sector Natuurkunde & Techniek

AFSTUDEERVERSLAG


DOOR: RALPH VRIJENS


Een elektronisch leerboek in Crocodile Physics: Elektriciteit




Uitgevoerd te:

Montessori College Maastricht

April - Augustus 2001

Een elektronisch leerboek in Crocodile Physics: Elektriciteit

Afstudeerverslag

Ralph Vrijens, Augustus 2001
Fontys Hogescholen

Lerarenopleiding Sittard

Sector Natuurkunde & Techniek
Begeleider: A. Arfman

Montessori College Maastricht


Begeleidster: T. van Deventer

Voorwoord

Ik wil bij deze Tine van Deventer van het Montessori College Maastricht bedanken voor alle hulp en steun tijdens mij stage aldaar. Tevens wil ik bij deze Ton Arfman, mijn begeleider vanuit Fontys Hogescholen, bedanken voor de waardevolle discussies en suggesties waardoor ik deze stage en de bijbehorende afstudeeropdracht tot een goed einde heb kunnen brengen.


Tenslotte nog een woord van dank aan alle medewerkers van het Montessori College Maastricht. Zij hebben gezorgd voor een zeer prettige werksfeer tijdens mijn stage aldaar.

Samenvatting

De computer en bijbehorende software wordt steeds vaker ingezet in het onderwijs, vooral bij natuurkunde en technische vakken. Maar ook raken leerlingen op steeds jongere leeftijd vertrouwd met het gebruik van de PC. Om deze redenen is men op de lerarenopleiding van Fontys Hogescholen gestart met het opzetten van een volledig elektronisch leerboek voor het natuurkunde-onderwijs. In eerste instantie zal dit elektronisch leerboek geschikt zijn voor havo- en vwo-leerlingen. Later wordt deze versie dan dusdanig aangepast dat het ook geschikt zal zijn voor vmbo-leerlingen.


Voor de nodige software is gekozen voor het simulatieprogramma "Crocodile Physics". Deze is namelijk zeer gebruikersvriendelijk en uitermate geschikt voor dit project.
Dit verslag behandelt het eerste deel van het elektronisch leerboek, "Elektriciteit" genaamd. Het grote verschil met een traditioneel leerboek is dat de leerling actief betrokken wordt bij de uitleg. Dit gebeurt bijvoorbeeld door de leerling zelf een elektrische schakeling af te laten maken of door zelf een meting te laten verrichten.

Inhoudsopgave


1. Inleiding 1

1.1 De afstudeeropdracht 1

1.2 Opbouw van het verslag 1
2. Introduktie 2

2.1 Doelstelling 2

2.2 Werkwijze 2

2.3 Problemen en Oplossingen 3
3. Spanning 4

3.1 Doelstelling 4

3.2 Werkwijze 4
4. Stroomsterkte 5

4.1 Doelstelling 5

4.2 Werkwijze 5

4.3 Problemen en Oplossingen 5
5. De Stroomkring 6

5.1 Doelstelling 6

5.2 Werkwijze 6
6. Weerstand 7

6.1 Doelstelling 7

6.2 Werkwijze 7

6.3 Problemen en Oplossingen 7
7. Schakelingen 8

7.1 Doelstelling 8

7.2 Werkwijze 8
8. Energie en Vermogen 9

8.1 Doelstelling 9

8.2 Werkwijze 9
9. Elektriciteit in huis 10

9.1 Doelstelling 10

9.2 Werkwijze 10
10. Ervaringen met leerlingen 11
11. Eindevaluatie 12

  1. Inleiding




    1. De afstudeeropdracht


Mijn afstudeeropdracht voor de opleiding tot 2de graads leraar natuurkunde aan de Fontys Hogescholen was verweven met het vak 'Informatietechnologie voor natuur- en scheikunde (werken met applicaties)'.
De Sector Natuurkunde & Techniek van de lerarenopleiding Sittard is begonnen met een project dat als doel heeft een elektronisch leerboek op te zetten in het simulatieprogramma 'Crocodile Physics' waar middelbare scholieren mee kunnen gaan werken naast de traditionele leerboeken.
Mijn opdracht was het opzetten van het eerste deel, 'Elektriciteit', van dit elektronisch leerboek


    1. Opbouw van het verslag


Het eerste gedeelte van dit verslag is opgebouwd analoog aan de volgorde van de hoofdstukken van het deel 'Elektriciteit' van het elektronisch leerboek. Per hoofdstuk worden vervolgens de doelstelling, de werkwijze en eventuele problemen en oplossingen besproken.
De volgorde van de hoofdstukken: Introduktie, Spanning, Stroomsterkte, De Stroomkring, Weerstand, Schakelingen, Energie en Vermogen, Elektriciteit in huis.
Na deze hoofdstukken worden de ervaringen met leerlingen besproken en tenslotte volgt nog een eindevaluatie van dit project.
  1. Introduktie




    1. Doelstelling


De doelstelling van dit eerste hoofdstuk, is de leerling te introduceren in het onderwerp 'Elektriciteit'.


    1. Werkwijze


Het hoofdstuk is ingedeeld in 2 paragrafen, 'Inleiding' en 'Een watermodel'. In de eerste paragraaf worden enkele voorbeelden genoemd van het dagelijks gebruik van elektriciteit. Tevens is er al een eenvoudige simulatie opgenomen van een schakeling bestaande uit een batterij, een schakelaar en een lampje (zie figuur 2.1). Door op de schakelaar te klikken, kan de leerling het lampje aan- en uitschakelen.



Figuur 2.1: Een eenvoudige simulatie

D
e tweede paragraaf introduceert een vergelijking tussen een bovengenoemde schakeling en een watermodel waarin een pomp water door een buis pompt dat vervolgens een schoepenrad aandrijft (zie figuur 2.2).



Figuur 2.2: Een watermodel

Het rondstromen van lading in de elektrische schakeling wordt vergeleken met het rondstromen van water in het watermodel. Tevens wordt de batterij vergeleken met de pomp in het watermodel.


In dit hoofdstuk komen nog geen vragen aan de orde.

    1. Problemen en Oplossingen


Het eerste watermodel bevatte geen schoepenrad, maar een vernauwing in de buis (zie figuur 2.3).





Figuur 2.3: Een watermodel zonder schoepenrad

Echter, in dit watermodel kan de vernauwing als analogon voor het lampje onduidelijkheden opleveren bij leerlingen. Er vind namelijk bij dit model geen duidelijke energie-omzetting plaats, zoals de omzetting van elektrische energie in stralingsenergie en warmte in de elektrische schakeling. In het model met het schoepenrad is de energieomzetting veel duidelijker: het schoepenrad gaat draaien zodra het water stroomt.




  1. Spanning




    1. Doelstelling


De bedoeling van dit hoofdstuk is de leerling vertrouwd te laten raken met de begrippen potentiaal, potentiaalverschil en spanning. Tevens worden een aantal spanningsbronnen bekeken.


    1. Werkwijze


Dit hoofdstuk is verdeeld in 4 paragrafen, te weten: "Potentiaal", "Potentiaalverschil", "Spanningsbronnen" en "Meerdere spanningsbronnen".
De eerste paragraaf, "Potentiaal", gaat verder met de vergelijking tussen de stroomkring en het watermodel uit het vorige hoofdstuk. Op deze manier wordt potentiaal aangeduid met "elektrische druk".
De tweede paragraaf, "Potentiaalverschil", begint weer met de vergelijking tussen de stroomkring en het watermodel. Het drukverschil over het schoepenrad (zie figuur 2.2) wordt vergeleken met het potentiaalverschil over het lampje (zie figuur 2.1). Vervolgens wordt aangegeven dat potentiaalverschil ook wel spanning genoemd wordt. Aan het eind komen de eenheid Volt aan bod.
De derde paragraaf, "Spanningsbronnen", vergelijkt in het begin de spanningsbron met de waterpomp in het watermodel. De theorie uit de vorige paragraaf komt hier weer terug, namelijk in het potentiaalverschil over de polen van de spanningsbron.
De vierde paragraaf, "Meerdere Spanningsbronnen", is bedoeld voor gevorderde leerlingen en behandelt in serie geschakelde spanningsbronnen.
Aan het eind van iedere paragraaf zijn een aantal meerkeuzevragen opgenomen waarmee de leerling zichzelf kan toetsen. Dit is trouwens het geval voor ieder hoofdstuk, behalve het eerste hoofdstuk, "Introduktie" en hoofdstuk 5, "De Stroomkring".


4. Stroomsterkte




4.1 Doelstelling


De doelstelling van dit hoofdstuk is de leerling te introduceren in het begrip stroomsterkte.


    1. Werkwijze


Dit hoofdstuk is opgebouwd uit 2 paragrafen, te weten: "Stroomsterkte" en "Spanning en Stroomsterkte".
In de eerste paragraaf wordt weer begonnen met het ondertussen bekende watermodel. Hier wordt eerst gekeken naar het begrip stroomsterkte bij een waterstroom. Vervolgens wordt dit vergeleken met "elektrische stroomsterkte" in een schakeling. Tenslotte wordt de eenheid Ampère geïntroduceerd. Tevens wordt met nadruk het verschil uitgelegd tussen een gesloten en een onderbroken stroomkring.
In de tweede paragraaf wordt een 'verband' tussen spanning en stroomsterkte gelegd. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van de schakelingen in figuur 4.1 hieronder.



Figuur 4.1: Twee schakelingen met dezelfde lampjes, maar verschillende spanningsbronnen.


    1. Problemen en Oplossingen


Het grootste probleem in dit hoofdstuk gaf de vergelijking van het watermodel met de elektrische schakeling om het begrip stroomsterkte uit te leggen. Een leerling zou dan namelijk kunnen denken dat stroomsterkte iets is als snelheid. Om dit probleem op te lossen, wordt er eerst het begrip stroomsterkte in het watermodel uitgelegd en vervolgens pas een link gelegd met elektrische stroomsterkte.

5. De Stroomkring




    1. Doelstelling


De bedoeling van dit hoofdstuk is de leerling vertrouwd te laten raken met het gebruik van symbolen in elektrische schakelingen.


    1. Werkwijze


Er wordt van 3 componenten het symbool gegeven, te weten: het lampje, de schakelaar en de spanningsbron. Vervolgens wordt een elektrische schakeling met 'plaatjes' omgezet naar een schakeling met symbolen (zie figuren 5.1a en 5.1b).




Figuur 5.1a: Een eenvoudige elektrische schakeling met plaatjes.





Figuur 5.1b: Dezelfde elektrische schakeling, maar nu in symbolen.
Aan het eind van het hoofdstuk krijgt de leerling instructies om zelf in een nieuw werkblad schakelingen te bouwen.

6. Weerstand




6.1 Doelstelling


In dit hoofdstuk wordt het begrip "weerstand" geïntroduceerd. Tevens zal de "Wet van Ohm" aan bod komen


    1. Werkwijze


Dit hoofdstuk is verdeeld in 6 paragrafen, te weten: "Weerstand", "Meten", "Weerstand berekenen", "Wet van Ohm", "De weerstand van een metaaldraad" en "Enkele speciale weerstanden".
De eerste paragraaf introduceert het begrip weerstand zonder formules en dergelijke. Hier wordt weer begonnen met het vertrouwde watermodel.
De tweede paragraaf behandelt het meten van stroomsterkte en het meten van spanning.
In de derde paragraaf wordt de formule R=U/I geïntroduceerd. Er wordt in een schakeling de spanning over en de stroomsterkte door een lampje gemeten. Vervolgens wordt aan de leerling gevraagd de weerstand van het lampje uit te rekenen met behulp van de formule.
Paragraaf 4 begint met het introduceren van de weerstand als component. Vervolgens wordt een schakeling gegeven waarin de stroomsterkte door en de spanning over een weerstand gemeten wordt. De leerling wordt nu gevraagd de spanning die de spanningsbron levert in stapjes van 1 V op te voeren en bij iedere waarde de stroomsterkte en spanning af te lezen en in te vullen in de bijbehorende kolommen. In een andere kolom kan dan telkens de berekende waarde van de weerstand ingevuld worden. Als de leerling alles goed heeft ingevuld, zal blijken dat de weerstand constant blijft. Aan de hand hiervan wordt de "wet van Ohm" uitgelegd.
De vijfde paragraaf behandelt de weerstand van een metaaldraad volgens de formule:

.
De laatste paragraaf behandelt tenslotte enkele toepassingen van speciale weerstanden, zoals de variabele weerstand, de LDR en de NTC.




    1. Problemen en Oplossingen


De ervaring leert dat leerlingen de formule R=U/I in verband brengen met de wet van Ohm. Om dit zo veel mogelijk te voorkomen, is eerst de formule behandelt waarmee altijd de weerstand uitgerekend kan worden. Pas daarna wordt de wet van Ohm behandeld, afzonderlijk aan de hiervoor genoemde formule.

7. Schakelingen




    1. Doelstelling


De doelstelling van dit hoofdstuk is de leerling het onderscheid duidelijk te maken tussen serie- en parallelschakelingen.


    1. Werkwijze


Dit hoofdstuk is onderverdeeld in 3 paragrafen, te weten: "Serieschakeling", "Parallelschakeling" en "De spanningsdeler".
In de eerste paragraaf wordt de serieschakeling behandeld met diens eigenschappen.
I
n de tweede paragraaf wordt de parallelschakeling behandeld. Dit wordt gedaan met het voorbeeld van de elektrische schakeling in huis, daar is immers ook alles parallel geschakeld (zie figuur 7.1).

Figuur 7.1: Een parallelschakeling zoals men deze in huis kan aantreffen.

De laatste paragraaf behandelt de zogenaamde spanningsdeler; eerst met een variabele en vaste weerstand in serie, daarna met een zogenaamde potentiometer. Tenslotte wordt nog eenvoudige schakeling met een NTC-weerstand als voorbeeld gegeven om temperaturen mee te meten (zie figuur 7.2).






Figuur 7.2: Een eenvoudige schakeling om temperaturen mee te meten.

8. Energie en Vermogen




    1. Doelstelling


De doelstelling van dit hoofdstuk is de leerling inzicht te geven in de begrippen (elektrisch) vermogen, (elektrische) energie en rendement.


    1. Werkwijze


Dit hoofdstuk bestaat uit 3 paragrafen, te weten: "Vermogen", "Energie" en "Rendement".
De eerste paragraaf behandelt het begrip vermogen. Dit wordt gedefinieerd als zijnde de hoeveelheid elektrische energie die de spanningsbron per seconde aan de rondstromende lading meegeeft. Tevens wordt de formule voor elektrisch vermogen, P=VxI, behandelt.
De tweede paragraaf behandelt vervolgens het begrip elektrische energie. Omdat in de vorige paragraaf het vermogen gedefinieerd is als de hoeveelheid energie die de bron per seconde levert, kan hier makkelijk de stap gezet worden naar de formule voor energie: E=Pxt. Met behulp van deze formule wordt tenslotte de eenheid kWh behandeld.
De laatste paragraaf behandelt het begrip rendement.

9. Elektriciteit in huis




    1. Doelstelling


De bedoeling van dit hoofdstuk is de leerling inzicht te geven in de elektrische schakelingen van de huisinstallatie, zoals de parallelschakeling, zekeringen en aarding.


    1. Werkwijze


Dit hoofdstuk is verdeeld in 3 paragrafen, te weten: "Elektrische schakelingen in huis", "De zekering" en "Aarding".
In de eerste paragraaf wordt nog eens uitgelegd dat alles in een huisinstallatie parallel is geschakeld. Tevens komen de begrippen meterkast, kWh-meter, hoofdschakelaar, groep en groepenkast aan bod.
In de tweede paragraaf wordt de zekering behandeld. Hier komt de fysische werking van de smeltzekering aan bod. Tevens wordt het gebruik van de zekering gedemonstreerd met een eenvoudige schakeling (zie figuur 9.1).




Figuur 9.1: Een parallelschakeling om het gebruik van een zekering te demonstreren.
De laatste paragraaf behandelt het begrip aarding. Tevens komt de aardlekschakelaar aan bod.

10. Ervaringen met leerlingen


Het zijn uiteindelijk de leerlingen die met het elektronisch leerboek moeten gaan werken. Daarom was het noodzakelijk om dit project te testen met behulp van enkele leerlingen. De ervaringen van de leerlingen zijn dan een nuttig hulpmiddel bij de opzet van de andere delen van dit elektronisch leerboek.


Met dit deel, "Elektriciteit", hebben een aantal leerlingen uit de 2e klas gewerkt. Het niveau van de leerlingen varieerde van mavo tot en met vwo.
Een aantal positieve punten.

Het is gebleken dat vooral de interactiviteit de leerlingen zeer aansprak. Met name het 'zelf bouwen' van schakelingen. Ook didactisch gezien kwam het de leerlingen ten goede. Het bleek namelijk dat vooral de begrippen potentiaal en stroomsterkte veel beter begrepen werd door deze leerlingen dan door leerlingen die deze begrippen uit een traditioneel leerboek moesten leren.


Een aantal negatieve punten.

Wanneer er een schakeling wordt gegeven waarin een schakelaar staat, en vervolgens een vraag komt met betrekking tot deze schakeling dan kan dat problemen opleveren. De leerling kan dan namelijk de schakelaar aan- en uitschakelen. Wanneer de leerling de schakelaar omzet en vervolgens de vraag gaat beantwoorden, dan komt deze op een heel ander antwoord uit dat op dat moment misschien juist is. De feedback geeft dan echter 'fout' aan.


Dit probleem is opgelost door de vraag uit te breiden met bijvoorbeeld "……als de schakelaar gesloten is".
Een ander item dat aandacht eist zijn de meerkeuzevragen. Wanneer een leerling een antwoord aanklikt, dan krijgt hij of zij direct feedback, bijvoorbeeld "Goed gedaan!" of "Fout" met eventueel een tip. De vraag is nu of een leerling hier wel van leert. Het is namelijk gebleken dat sommige leerlingen gewoon bleven 'gokken' totdat ze het juiste antwoord hadden.

11. Eindevaluatie


De leerlingen waren erg enthousiast over dit project. Ze hadden het systeem dan ook vlug door. Er mag gesteld worden dat een dergelijk elektronisch leerboek zeker een positieve invloed zal hebben op de didactiek en vooral ook op de motivatie van de leerlingen.


Echter, het wordt aanbevolen het elektronisch leerboek (of gedeelten daarvan) te gebruiken náást het traditionele leerboek.
Door de opbouw van de hoofdstukken is het elektronisch leerboek goed te gebruiken door leerlingen van verschillende niveau's. Ieder hoofdstuk begint namelijk met een relatief eenvoudig niveau. De laatste paragraaf is vaak bestemd voor de gevorderde leerling. Het is niet noodzakelijk om alle paragrafen van een hoofdstuk te doorlopen alvorens de leerling verder kan gaan met het volgende hoofdstuk.
Door deze indeling in paragrafen kan iedere docent afzonderlijk bepalen welke paragrafen een leerling wel en welke een leerling niet hoeft te doen. Daardoor is dit elektronisch leerboek onafhankelijk van de methode die betreffende docent hanteert.
Tenslotte wordt sterk aanbevolen om dit elektronisch leerboek ook toegankelijk te maken voor vmbo leerlingen. Daar deze meestal vooral praktisch zijn ingesteld. De interactiviteit waarop het elektronisch leerboek is gebaseerd komt dan erg van pas.






De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina