Logo Universiteit Utrecht

Ioniserende Stralen Practicum

Uitvoeringsvariant

Uit een door de SLO in 1999 uitgevoerd onderzoek onder docenten/gebruikers van het ISP is gebleken dat er – naast de huidige gesloten uitvoeringsvariant van het practicum – behoefte bestaat aan een open variant, aansluitend bij een schoolspecifieke ‘leerlijn onderzoeken’.

Op deze pagina is het materiaal te vinden voor een dergelijke aanpak van het practicum binnen de mogelijkheden van het ISP, samen met informatie over de consequenties die dat heeft voor de docent en/of TOA en de leerlingen in het kader van de voorbereiding, uitvoering en afronding van open ISP-experimenten.

Karakter

Bij de begeleide variant wordt gewerkt met dezelfde opstellingen als in de gangbare gesloten variant. Ook bij de uitvoering van het practicum in de open variant worden de meetopstellingen door de practicumleider klaargezet. Het is gebleken dat het door de leerlingen zelf bij elkaar laten zoeken van de benodigde apparatuur voor de door hen gekozen experimenten tot een onproductieve chaos leidt. Bij de open variant houden het doel van en de meetopstelling bij elk van de experimenten dus hun gesloten karakter: beide blijven ‘gegeven’. Het verschil tussen de gesloten en de open variant zit in de manier waarop de leerlingen zich op het practicum voorbereiden door het maken van een werkplan voor de uitvoering van een open experiment en het daardoor vervallen van de gedetailleerde instructies voor het uitvoeren van de metingen en het uitwerken van de meetresultaten op de werkbladen die bij de gesloten variant worden gebruikt.

Experimenten

Sommige ISP-experimenten lenen zich door hun kwalitatieve karakter of hun complexe verwerking van de meetresultaten niet voor een begeleide variant. In de tabel hieronder staan de experimenten die (voorlopig) wel geschikt lijken.
Met Acrobat Reader zijn de werkbladen van de open experimenten als pdf-bestand binnen te halen.

Werkbladen – Begeleide variant
1 Dracht van α-deeltjes in lucht
2A Radioactief verval van radon-220 [met stroommeter]
2B Radioactief verval van radon-220 [met x,t-schrijver]
4 Terugstrooiing van β-deeltjes
5 Absorptie van β-deeltjes in aluminium en perspex
8 Stralingsintensiteit en afstand
12 Absorptie van γ-straling door lood
18 Elasticiteitsmodulus van rubber
19 Dracht van α-deeltjes en luchtdruk
20 Radioactief verval van protactinium-234

Opzet

In de gangbare opzet voeren de leerlingen in een practicumsessie van zo’n twee uur drie tot vijf experimenten uit. Dat blijft zo in de begeleide variant. Het verschil zit in de voorbereiding op en de afronding van het practicum.

Na een keuze voor de begeleide variant krijgen de leerlingen het werkblad van het door hen gekozen of toebedeelde open experiment – of de leerlingen halen het benodigde werkblad zelf binnen vanaf deze website via de lijst met beschikbare open experimenten hierboven. Dit werkblad geeft het doel van het experiment en de beschikbare meetopstelling. Daarna wordt de leerlingen gevraagd om zelf – zij het met enige sturing – de onderzoeksvraag en hypothese te formuleren, en het bijbehorende werkplan voor de uitvoering van het experiment op te stellen. De leerlingen leggen het resultaat van hun voorbereiding in een werkplanbespreking voor aan de docent en/of TOA. Na de eventueel noodzakelijke bijstellingen zijn de leerlingen klaar voor het uitvoeren van de metingen als het mobiele practicum enkele dagen later naar de school komt. Daarna bestaat de afronding uit het verwerken van de meetresultaten met behulp van enkele aanwijzingen op het werkblad en het schrijven van een verslag in de vorm van een (kort) meetrapport.

Bij de eerste test van de open uitvoeringsvariant is gebleken dat leerlingen een open experiment als leerzamer en uitdagender ervaren, maar – zoals te verwachten was – als minder duidelijk dan een gesloten experiment. Vanwege de benodigde extra tijdsinvestering en de meer intensieve begeleiding geven zowel leerlingen als docenten aan dat zij – als er is gekozen voor de open variant – een voorkeur hebben voor het uitvoeren van één open experiment in combinatie met enkele gesloten experimenten tijdens een practicumsessie. Er kan overigens ook voor worden gekozen om slechts een deel van de leerlingen een open experiment te laten uitvoeren – bijvoorbeeld alleen de ‘betere leerlingen’.

Voorbereiding

De leerlingen kunnen zich op het practicum voorbereiden met behulp van het oranje boekje ISP Experimenten en het werkblad. De leerlingen leggen het resultaat van hun voorbereiding op het begeleide experiment voor aan de docent en/of TOA, die het beoordeelt en de eventueel noodzakelijke bijstellingen met de leerlingen bespreekt. Een dergelijke werkplanbespreking vraagt 10 tot 15 minuten.

De leerlingen kunnen het open experiment in hun eigen tijd buiten de les om voorbereiden en het resultaat daarvan met de docent/TOA bespreken. Een alternatief is om één les in te roosteren voor een dergelijke voorbereiding en bespreking. Het voorbereiden van een open experiment buiten de les kost de leerlingen 30 tot 40 minuten (exclusief bespreking met de docent en/of TOA). Een dergelijke voorbereiding binnen de les blijkt minder tijd te kosten, wat overigens niet ten koste lijkt te gaan van de kwaliteit van de door de leerlingen gemaakte werkplannen.

In vergelijking met de gangbare gesloten variant van het practicum vraagt deze begeleide variant tijdens de voorbereiding op het practicum ook een duidelijk grotere tijdsinvestering van de docent of TOA: de door de leerlingen opgestelde onderzoeksvraag en hypothese, en het bijbehorende meetplan moeten worden beoordeeld en besproken. Als dit niet of onvoldoende gebeurt, zullen tijdens de uitvoering van het practicum problemen ontstaan met leerlingen ‘die niet weten wat ze nu eigenlijk moeten doen’. Dit soort problemen zijn onder druk van de beperkte uitvoeringstijd en de groepsgrootte tijdens het practicum alleen op te lossen door de leerlingen te gaan vertellen wat ze nu eigenlijk moeten doen. In dat geval is er geen sprake meer van een meer open variant van het practicum.

In het kader van de beoordeling en bespreking van de door de leerlingen ingeleverde werkplannen is nog een tweede, zij het eenmalige tijdsinvestering nodig: het ontwikkelen van een duidelijk beeld van het doel en de mogelijke uitvoering van elk van de experimenten. Een dergelijke voorbereiding is nodig om met name het werkplan van de leerlingen te kunnen beoordelen op uitvoerbaarheid en volledigheid. Deze voorbereiding kan plaatsvinden met behulp van de werkbladen die bij de gesloten variant worden gebruikt (zie de pagina Uitvoering) en een aantal aanwijzingen per experiment op het (met een wachtwoord beveiligde) Docentendeelvan deze website. Deze noodzakelijke voorbereiding op de werkplangesprekken met de leerlingen is de reden om alleen voor de open variant van het practicum te kiezen bij een redelijk goede bekendheid met de experimenten van het ISP.

Bij de begeleiding van de leerlingen in deze voorbereidingsfase moet worden bedacht dat de door hen opgestelde hypothese niet of niet volledig juist hoeft te zijn. Als de opgestelde hypothese door hen maar enigszins beargumenteerd kan worden is het goed. In een latere fase – bij de afronding – blijkt dan wel in hoeverre de opgestelde hypothese en de meetresultaten van elkaar verschillen en wat daarvoor de verklaring is.

Uitvoering

De uitvoering van een open experiment kost niet meer tijd dan de uitvoering van een gesloten experiment. In beide gevallen zijn de metingen in zo’n 30 minuten uit te voeren. Daarbij moet worden aangetekend dat het afronden van een open experiment – het verwerken van de metingen en het schrijven van een (kort) meetrapport – dan buiten de practicumsessie zal moeten plaatsvinden.

Bij de uitvoering van een open experiment stellen de leerlingen duidelijk meer vragen, vooral om te controleren of ze ‘op de goede weg zitten’. Bovendien zijn de meetresultaten van de leerlingen minder makkelijk en minder snel te controleren door het ontbreken van standaardtabellen en -diagrammen zoals op de werkbladen bij de gesloten variant. De begeleiding van de leerlingen door de practicumleider van het ISP en door de docent en/of TOA is dus intensiever.

Afronding

De afronding van een open experiment bestaat uit het verwerken van de meetresultaten en het schrijven van een verslag in de vorm van een (kort) meetrapport. Op het werkblad staan daarvoor enkele aanwijzingen.

Het voor de verwerking van de meetresultaten benodigde grafiekpapier (normaal en enkellogaritmisch) moet door de school zelf beschikbaar worden gesteld.