Literatuur

• Lijnse, P.L. (2014). Leren onderzoeken, ontwerpen en modelleren. In P.L. Lijnse, Omzien in verwarring (pp. 487-553). Utrecht: Freudenthal Instituut.
• Van Borkulo, S.P. (2009). The Assessment of Learning Outcomes of Computer Modeling in Secondary Science Education. Enschede: UTwente.
• Van Buuren, O.P.M. (2014). Development of a Modelling Learning Path. Amsterdam: UvA.
• Van den Berg, E. & Buning, J. (1994). Practicum: leren ze er wat? NVOX 19(6), 245-249.
• Westra, R.H.V. (2008). Learning and Teaching Ecosystem Behaviour in Secondary Education – Systems Thinking and Modelling in Authentic Practices. Utrecht: Freudenthal Instituut.

Achtergrond

Onderzoeken, ontwerpen en modelleren – Een beschouwing over leren onderzoeken, ontwerpen en modelleren in hun onderlinge samenhang staat in hoofdstuk 13 van het hierboven onder Literatuur genoemde boek Omzien in verwarring (Lijnse, 2014).

Vakdidactisch onderzoek – Het Tijdschrift voor Didactiek der β-wetenschappen (TDβ) heeft in 2003 een themanummer uitgebracht over computerondersteund modelleren:

• TDβ (2003). Themanummer Computerondersteund modelleren. TDβ 20(1), 1-76.

Leerlijn – Het hierboven genoemde proefschrift Development of a Modelling Learning Path (Van Buuren, 2014) gaat uitgebreid in op de in paragraaf 5.5 van het handboek geschetste leerlijn modelleren en het in dat kader uitgevoerde onderzoek, inclusief het gebruikte lesmateriaal.

De in deze paragraaf van het handboek genoemde module Vacuümpomp is een goed voorbeeld van wat er allemaal nodig is om beginners (begin van klas 3hv) een beetje te leren modelleren. Het is niet de eerste module uit de leerlijn, maar wel een belangrijke. Hulpmiddelen: Uitwerkingen | Docentenhandleiding | Coach6-bestanden: Meetblad, Model-a voorbeeldpomp, Model-b echte pomp.

De onderstaande publicatie gaat in op het toetsen van de modelleerkennis en modelleervaardigheid van de leerlingen.

• Van Buuren, O., Heck, A., & Ellermeijer, T. (2016). Roles and forms of assessment of modelling in secondary physics education in school practice. In L.J. Thoms & R. Girwidz (Eds.), Proceedings of the 20th International Conference on Multimedia in Physics Teaching and Learning (pp. 393–400). European Physical Society.

Het hieronder genoemde proefschrift Het natuurwetenschappelijk modelleren van dynamische systemen (Ormel, 2010) gaat in op de ontwikkeling van de modelleervaardigheid van de leerlingen.

• Ormel, B.J.B. (2010). Het natuurwetenschappelijk modelleren van dynamische systemen – Naar een didactiek voor het voortgezet onderwijs. Utrecht: Freudenthal Instituut.

Handreiking schoolexamen – Op de themawebsite Modelleren en modelgebruik geeft de SLO een aanvulling op de handreiking schoolexamen natuurkunde havo/vwo met suggesties en didactische adviezen voor de inrichting van een samenhangend modelleercurriculum passend bij de exameneisen ten aanzien van modelleren.

De website gaat in op wat modelleren is (met aandacht voor zowel de cognitieve component van model-denken als de praktische vaardigheid van computer-modelleren), op het leren modelleren en op een leerlijn voor modelleeronderwijs. Daarbij zijn een aantal voorbeelden opgenomen van dynamische modellen bij domeinen van de examenprogramma’s havo en vwo natuurkunde (kracht en beweging, trillingen, energie en warmte, quantumwereld) met bijbehorende bestanden voor de Coach 7 modelleeromgeving.

Lespraktijk – De (sommige al wat oudere) artikelen hieronder geven uiteenlopende voorbeelden van de lespraktijk rond computerondersteund modelleren.

• Westra, R., Savelsbergh, E., Kortland, J., Prins, G. & Mooldijk, A. (2002). Leren door zelf modelleren: constructief en uitdagend onderwijs. NVOX 27(7), 331-335.
• Kortland, J., Savelsbergh, E.R., Hooyman, K. & Wielinga, R. (2003). Broeikas Aarde: een praktische opdracht voor computerondersteund modelleren. NVOX 28(7), 326-329.
• Kortland, J., Savelsbergh, E.R., Hooyman, K. & Wielinga, R. (2003). Kracht en beweging in de sport: een natuurkundemodule voor computerondersteund modelleren. NVOX 28(9), 419-422.
• Teixeira, T., Dekkers, P. & Van den Berg, E. (2015). Leren modelleren met Post-its en Coach. NVOX 40(1), 8-11.

Lesmaterialen

Modelleersoftware – Voor computerondersteund modelleren is Coach6 of Coach7 van het Centre for Microcomputer Applications (CMA) zeer geschikt, niet alleen vanwege de mogelijkheid om te kiezen voor modelleren in de vorm van een tekstmodel of een grafisch model, maar ook vanwege de mogelijkheden om modelleren te combineren met meten, video-meten, dataverwerking en animaties.

Computerondersteund modelleren – De hieronder genoemde modules Een sportieve beweging en Broeikas Aarde: een leefbare temperatuur zijn in de beginjaren van deze eeuw ontwikkeld in het project Computerondersteund Modelleren. Hier zijn alleen de in het kader van dat project ontwikkelde natuurkundemodules opgenomen, niet die voor scheikunde en biologie. De destijds gebruikte modelleersoftware voor grafisch modelleren was Powersim^TM. Daarmee zijn dus ook de in het leerlingen- en docentenmateriaal opgenomen modellen getekend, maar de overeenkomst met grafische modellen in Coach6 of Coach7 is groot genoeg om niet tot interpretatieproblemen te leiden. De twee hieronder opgenomen modules zijn redactioneel bewerkt, zodat ze grotendeels los zijn komen te staan van de te gebruiken modelleersoftware. De modellen zelf en de in het materiaal genoemde basishandleiding (over de uit te voeren handelingen met de modelleersoftware) zijn niet meer beschikbaar, maar dat vormt een mooie aanleiding om zelf met de modelleersoftware aan de slag te gaan.
De ideeën in de module Broeikas Aarde: een leefbare temperatuur zijn verder uitgewerkt in de hieronder genoemde module Klimaatmodellen, waarin wordt gewerkt aan het ontwerpen, bouwen en testen van een computermodel dat de temperatuur aan het aardoppervlak doorrekent voor de periode 1800-2000 onder invloed van een toenemende concentratie broeikasgassen in de atmosfeer en de als gevolg van de daardoor stijgende temperatuur veranderende omstandigheden aan het aardoppervlak (minder sneeuw en ijs, en meer bewolking). Met dit computermodel is ook een scenario-studie mogelijk voor de periode 2000-2200: hoe verandert de temperatuur aan het aardoppervlak bij verschillende scenario’s voor de uitstoot van broeikasgassen naar de atmosfeer.

• Kortland, K. & Hooyman, K. (2002). Een sportieve beweging. Utrecht: CDβ. Leerlingenmateriaal | Docentenhandleiding | Scenario
• Kortland, K. (2002). Broeikas Aarde: een leefbare temperatuur. Utrecht: CDβ. Leerlingenmateriaal | Docentenhandleiding
• Kortland, K. & Ormel, B. (2005). Klimaatmodellen. Utrecht: CDβ. Leerlingenmateriaal | Docentenhandleiding

NiNa – In het project Nieuwe Natuurkunde (NiNa) is de module Wisselwerking en beweging 1 (vwo) ontwikkeld, waarin onder andere het modelleren van bewegingen aan de orde komt. De module is te vinden op de website van Ecent via de link hierboven.

NLT – De NLT-modules Dynamische modellen (havo) en Modelleren (vwo) zijn te vinden op de website van de Vereniging NLT.

Lesactiviteiten – De publicatie hieronder geeft een aantal lesactiviteiten rond computerondersteund modelleren voor natuurkunde. Daarbij gaat het niet om ‘leren modelleren’ maar om iets als ‘toepassen van eerder geleerd modelleren’. De lesactiviteiten geven een beeld van wat er met modelleren mogelijk is. De links in de tabel geven de bijbehorende computermodellen in Coach6 in de vorm van een (nog aan de lesactiviteit aan te passen) basismodel of in de vorm van een model dat als resultaat van de lesactiviteit kan worden gezien.

• Kortland, K. (2017). Computerondersteund modelleren Natuurkunde. Lesactiviteiten. Utrecht: Freudenthal Instituut.

Hulpmiddelen

Modelleerheuristiek – De link hieronder geeft een voor beginners bruikbare pragmatische heuristiek, gericht op het in een juiste volgorde bouwen van een grafisch computermodel:

• Ontwerpen in vijf stappen

Cursusactiviteiten

• Computermodellen en modelleerheuristiek
• Leren modelleren
• Modelleren van dynamische processen – PowerPoint-presentatie workshop vakdidactiek UU met draaiboek en modelleeropdrachten.