Voorbereiden op Compex met Newton (in Deventer)

Werkgroep 31

A. Groenewold & H. Nienhuis

Etty Hillesum Lyceum, Deventer

Eigenlijk is het in Deventer andersom gegaan. Na de fusie van de drie verschillende scholen en de vorming van één aparte tweede fase school, hadden we ons natuurkunde-onderwijs al zo ingericht dat Compex daar een logische afronding van is.

We gebruiken de ‘methode’ Newton, omdat Newton goed aansluit bij de tweede fase. En omdat we tevreden zijn met de thematische opzet en de verdeling theorie, verwerking en oefening in de Newton boeken. Maar we hebben onze eigen oefenpractica, practicum-toetsen en praktische opdrachten gemaakt in de loop der jaren.

We hebben twee keer meegedaan met Compex, zowel op vwo als havo, en doen ook dit jaar weer mee. We bereiden leerlingen niet speciaal voor op Compex. Eén lesuur laten we ze oefenen met het opslaan van hun werk aan de hand van het examen van vorig jaar.

In deze werkgroep laten we zien hoe onze leerlijn natuurkunde in de tweede fase in elkaar steekt. Deelnemers aan de werkgroep kunnen zelf aan de slag met computers en krijgen alle bijbehorende documentatie mee.

Examentraject Natuurkunde havo/vwo te Deventer

De Deventer scholenfusie:

Alexander Hegius Lyceum (gemeentelijke school)
Geert Groote College (st. Carmelcollege)
Revius Scholen Gemeenschap (christelijk, éénpitter)

nu samen in:

Etty Hillesum Lyceum (st. Carmelcollege)
Tweede Fase school: het Vlier

Inrichting Tweede Fase op onze school:

nu 1015 leerlingen (in gebouw voor 1300 ll)
halfjaarroosters (maximaal 10 vakken/week)
ľ van alle contacturen klassikaal: c-uren
Ľ keuze-uren (8 k-uren per week in rooster)
4 toetsweken (geen toetsen buiten toetsweken)
alle toetsen S.E. (tot nu toe)

Uitgangspunten van ons programma:

;I:Natuurkunde is best moeilijk te ‘leren’
‘Sommen maken’ is niet altijd de beste methode
het draait om natuurkundige concepten
niet alleen met ogen en oren: handen kunnen helpen
vaak meerdere ‘leerronden’ nodig voor nieuwe leerstof
veel leerlingen actiever als ze wat mogen doen

Onze ruimten:

twee vaklokalen (met elk 10 computers met Coachlabs)
een kabinet (met een computer, een printer en een laptop)
een Nat Lab (met 4 computers en een printer/copier)
een berging (met museumafdeling)
een gang (soms met zandbak)

Ons P.T.A. en het Schoolexamen:

alle toetsen tellen mee:
Schriftelijke toetsen samen 60%
Practicumtoetsen samen 20 %
Praktische Opdrachten samen 20 %

Studiewijzers gaan uit van 5 ‘leerrondes’:

- demonstratie of
- probleemgestuurde klassikale instructie of
- uitlegverhaal of
- ontdekkend practicum
Theorie(boek) bestuderen
Vragen, Opgaven en/of Practicumopdrachten maken
(in k-lessen) uitleg halen
‘leren’ vlak voor de toets

Practicuminstructies:

zo min mogelijk ‘recept’
compacte tekst
op papier
gericht op specifieke vaardigheden (zie bijlage 1)
gericht op onderliggende concept
(beetje) hulp mag nodig zijn

Practicumtoetsen (toetsen de beschreven vaardigheden: zie bijlage 1)

4 vwo: derde SE:
- elektriciteit en/of
- optica en/of
- krachten en momenten
5 vwo: tweede SE: interferentie
6 vwo: NT tweede SE, NG derde SE: alles

Praktische Opdrachten

In 4 vwo laatste kwart: energierendement
In 5 vwo tweede kwart: trillingen en golven
In 5 vwo NT vierde kwart: iets met elektriciteit en kracht
In 6 vwo NT tweede kwart: Modelleren (zie bijlage 2)
In 6 vwo derde kwart: Technische Automatisering (zie bijlage 3)

Ervaringen met compex natuurkunde 1,2:

Compex voegt geen nieuwe natuurkunde toe.
- Videometing vergt enige specifieke oefening
- opslaan van resultaten van compex: oefenen
- ervaring met Coach is gewenst voor videometen.
- gewenst: zelf iets maken met modelomgeving.
- zelf iets gemaakt met Systematic? compex is ‘eitje’
cijfermatige resultaten van compexvragen waren hoger

Bijlage 1

Practicumvaardigheden natuurkunde 12 vwo: wat je moet kunnen

Uit hoofdstuk 1 van Newton:

een natuurkundige onderzoeksvraag formuleren bij een gegeven omschrijving van een onderzoek.
van een onderzoek aangeven welke de relevante grootheden zijn, met hun eenheden.
van een onderzoek aangeven welke de meetmethodes zijn.
van een onderzoek aangeven welke meetprocedure is gevolgd.
een nette tabel maken met daarin de gemeten en berekende waarden (kolommen met grootheden en eenheden in de kop, juiste aantal cijfers).
een diagram van de meetwaarden maken (goede schalen, grootheden en eenheden er bij, meetpunten als kruisjes).
een grafiek in een diagram tekenen (vloeiend en langs een liniaal als het verband lineair is).
aan een grafiek zien of die wellicht een omgekeerd verband duidt.
aan een grafiek zien of die wellicht op een kwadratisch of wortelig verband duidt.
een rechtelijn-controle-diagram maken voor een vermoed verband, middels coördinatentransformatie.
de gemiddelde snelheid <v> van een beweging bepalen middels meting van Δs met een liniaal en Δt met een stopwatch. Of met een lichtpoort en een Coachlab.

Uit hoofdstuk 2 van Newton:

een serieschakeling van diverse onderdelen maken.
een parallelschakeling van diverse onderdelen maken.
een gecombineerde serie- en parallelschakeling maken van diverse onderdelen.
een schakeling maken aan de hand van een schakelschema.
een schakelschema tekenen van een bestaande schakeling.
de stroom door een apparaat meten. Het apparaat kan ook in een schakeling met meerdere apparaten zitten.
de spanning over een apparaat meten. Het apparaat kan ook in een schakeling met meerdere apparaten zitten.
de weerstand vaneen apparaat bepalen middels stroom- en spanningsmeting.
een schuifweerstand als variabele weerstand in een schakeling opnemen.
het elektrisch vermogen van een apparaat bepalen middels stroom- en spanningsmeting.
de elektrische energie die in een elektrisch apparaat wordt omgezet meten met een (k)Wh-meter.
het elektrisch vermogen van een apparaat bepalen middels een stopwatch en een (k)Wh-meter.
een schuifweerstand als spanningsdeler in een schakeling opnemen.
een schuifweerstand als spanningsdeler in een schakelschema tekenen.

Uit hoofdstuk 3 van Newton:

de plaats van het spiegelbeeld van een lichtpunt bepalen door meting en constructie.
met een smalle lichtbundel, de brekingsindex van een doorzichtige stof bepalen, middels meting van de hoeken van inval en breking.
een lichtgevend voorwerp met een positieve lens (scherp) afbeelden op een scherm.
middels meting van voorwerpsafstand, beeldafstand en beeldgrootte de grootte van een lichtgevend voorwerp bepalen.
de brandpuntsafstand van een positieve lens bepalen middels meting van voorwerpsafstand en beeldafstand.
de brandpuntsafstand van een positieve lens bepalen met behulp van een evenwijdige lichtbundel.
met een lichtbron en een positieve hulplens een evenwijdige bundel maken.
de brandpuntsafstand van een negatieve lens bepalen met behulp van een evenwijdige lichtbundel.

Uit hoofdstuk 4 van Newton:

een kracht met een krachtmeter of krachtsensor en Coachlab meten.
een kracht als vector tekenen.
krachten als vectoren (op papier) samenstellen en een kracht (op papier) ontbinden in twee onderling loodrechte componenten.
een kracht ontbinden in twee componenten, middels meting van grootte en richting van die kracht.
het moment van een kracht bepalen door meting van kracht, afstand en hoek.
de zwaartekracht op een massa bepalen middels weging van de massa.
het zwaartepunt van een voorwerp bepalen.

Uit hoofdstuk 5 van Newton:

de geleverde arbeid bepalen middels bepaling van de voorwaartse kracht en de afgelegde afstand.
de hellingshoek bepalen middels meting van het hoogteverschil en de afgelegde afstand.
het opgenomen elektrisch vermogen van een motor bepalen (zie hoofdstuk 2).
het geleverde elektrisch vermogen van een dynamo bepalen (zie hoofdstuk 2).
het rendement van een motor of dynamo bepalen.

Uit hoofdstuk 6 van Newton:

de gemiddelde versnelling <a> bepalen middels meting van Δt en bepaling van Δ<v>. Of met Coach in een registratie met een Coachlab.
de stoot bepalen uit een registratie van kracht tegen tijd (bijv. met een krachtsensor en een Coachlab).

Uit hoofdstuk 7 van Newton:

de warmtecapaciteit van een voorwerp bepalen middels bepaling van de toegevoerde energie en meting van de temperatuurstijging. (of de andere kant op: afgegeven energie en temperatuurdaling).
de soortelijke warmte van een stof bepalen uit de warmtecapaciteit van een voorwerp en de massa.
de toegevoerde warmte bepalen middels meting van massa en temperatuurstijging en met de bekende soortelijke warmte.

Uit hoofdstuk 8 van Newton:

een s-t-diagram maken van een beweging middels een tijdtikkerstrook of een registratie met een plaatssensor en een Coachlab. Je moet in Coach dus ook een ijking van een plaatssensor kunnen uitvoeren.
op mm-papier een <v>-t-diagram maken van een beweging middels een tijdtikkerstrook of een registratie in Coach.
een v-t-diagram maken in een <v>-t-diagram.
een v-t-diagram maken van een s-t diagram middels raaklijnen tekenen. Of middels hellingen bepalen in Coach.
een v-t-diagram laten tekenen door coach van een s-t-diagram in Coach. Je moet dus kunnen filteren en differentiëren in Coach.
de versnelling bepaling uit een v-t-diagram met de hand of in Coach. Ook hier moet je dus de gradiënt kunnen bepalen in Coach.

Uit hoofdstuk 9 van Newton:

de trillingstijd van een trilling bepalen met een stopwatch of middels een registratie in de tijd met een sensor en Coachlab of met een oscilloscoop.
de amplitude van een trilling meten met een liniaal.
de amplitude van een trilling bepalen uit een schaduwbeeld dat je van die trilling maakt met een puntvormige lichtbron.
de golflengte van een staande golf bepalen (bv. in een koord, luchtkolom, lat of staaf).
de frequentie en de amplitude van een elektrische trilling bepalen met behulp van een oscilloscoop.

Uit hoofdstuk 10 van Newton:

het uitgezonden vermogen van een stralingsbron bepalen, uitgedrukt in dat van een standaardbron. Dit doe je met behulp van een voor die straling gevoelige ontvanger en zo'n standaardbron. Je meet de afstanden tot de beide bronnen waarop de ontvanger evenveel meet. De ontvangen straling is immers omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand. Het kan gaan om (ultrasoon) geluid of elektromagnetische straling.
met behulp van een dubbelspleet (of dubbele bron), de golflengte bepalen uit het interferentiepatroon.
met behulp van een tralie, de golflengte bepalen uit het interferentiepatroon.

Uit hoofdstuk 11 van Newton:

practicum over ioniserende straling doe je wel maar je wordt er niet praktisch op getoetst.

Uit hoofdstuk 12 van Newton:

met een barometer, vloeistofmanometer, of andersoortige drukmeter de druk (of spanning) van een (afgesloten) hoeveelheid gas meten.
het volume van een afgesloten hoeveelheid gas bepalen door aflezen of meten en berekenen.
de temperatuur van een gas bepalen met een thermometer of een sensor en een Coachlab.

In hoofdstuk 13 van Newton komen geen nieuwe practicumvaardigheden aan de orde.

Uit hoofdstuk 14 van Newton:

met één of meer sensoren en één of meer systeemborden een eenvoudige meetopstelling maken.
met behulp van een gereedstaande opstelling met sensor(en) en systeemborden de gevraagde metingen verrichten. Ook het schema van de schakeling tekenen en de werking ervan beschrijven.

Uit hoofdstuk 15 van Newton:

in een opstelling met een stroomdraad of stroomvoerende spoel, de richting van het bijbehorende magneetveld aangeven.
de magnetische inductie ter plekke van een stroomvoerend draadstuk bepalen, middels meting van de stroomsterkte en bepaling van de Lorentz-kracht op dat draadstuk.

Uit hoofdstuk 16 van Newton:

de magnetische flux van door een spoel bepalen, middels registratie en integratie van de inductiespanning tegen de tijd bij doorgang van een magneet door die spoel. Je moet dus ook in Coach de oppervlakte onder een diagram kunnen bepalen en in Coach kunnen integreren.
de inductiespanning meten over een draadstuk dat in een magneetveld beweegt. Of de inductiespanning in een spoel waarin de magnetische flux verandert.
de effectieve spanning van een wisselspanning bepalen, middels meting met een oscilloscoop. Of middels meting met Coachlab en berekening met Coach.

Uit hoofdstuk 17 van Newton:

de stoot op een voorwerp bepalen middels meting van de massa en bepaling van de snelheidsverandering en omgekeerd: de snelheidverandering bepalen uit meting van de massa en bepaling van de stoot.
bij een volkomen elastische botsing een snelheid of massa bepalen middels meting van de andere grootheden.
bij een volkomen inelastische botsing een snelheid of massa bepalen, middels meting van de andere grootheden.
de hoeksnelheid van een voorwerp in een cirkelbaan bepalen, middels meting van omloopstijd en straal van de baan.
de centripetale versnelling van een voorwerp bepalen uit de hoeksnelheid en de straal van de baan.
van een ronddraaiende slinger de hoek met de verticaal meten, bijv. middels projectie.

Uit hoofdstuk 18 van Newton:

De praktische vaardigheden die nodig zijn om een numeriek model op te stellen en in modelomgeving in te voeren (of in een ander spreadsheetprogramma), komen apart aan bod in de praktische opdracht bij dit hoofdstuk.

Experimenten over de leerstof uit de hoofdstukken 19 en 20, vergen geen nieuwe praktische vaardigheden.

Vaardigheden die nodig zijn om een goed verslag (of andere presentatie) van een onderzoek te maken, komen aan bod in de praktische opdrachten en het profielwerkstuk. In practicumtoetsen volstaat het de opdrachten en metingen uit te voeren en uit te werken en de vragen te beantwoorden.

De practicumvaardigheden uit de verschillende hoofdstukken stapelen: bij elk hoofdstuk kunnen ook vaardigheden uit vorige hoofdstukken nodig zijn.

In deze laatste practicumtoets in 6 vwo kunnen ze in principe allemaal aan bod komen.

Bijlage 2

Een verslag van een onderzoek naar de geldigheid van een numeriek model, zoals de praktische opdracht in 6vwo, bevat in elk geval de volgende onderdelen:

onderzoeksvraag (doel van het experiment),
beschrijving van het fysische proces dat gemodelleerd wordt,
beschrijving van het model:
- de modelregels en de startwaarden en
- de wiskundige werking van het model,
opstelling(en),
meetmethode(n),
meetprocedure(s),
meetresultaten (liefst in grafiekvorm),
rekenresultaten (in dezelfde vorm als de meetresultaten,
vergelijking van de uitkomsten van het fysische experiment en de numerieke modelberekening en
conclusie(s) (onder andere antwoord op de onderzoeksvraag),
terugblik en commentaar op eigen werk: reflectie.

Het verslag wordt becommentarieerd en beoordeeld volgens onderstaand protocol.

Het cijfer geldt voor beide groepsleden.

Beoordeling van de praktische opdracht:

Voor elk onderdeel van de beoordeling zijn maximaal 5 punten te halen:
1 punt (slecht) als het betreffende aspect niet aanwezig is of zeer gebrekkig uitgewerkt,
2 punten (onvoldoende) als het aspect weliswaar aanwezig is, maar onvoldoende uitgewerkt,
3 punten (voldoende) als het aspect aanwezig is en redelijk uitgewerkt is,
4 punten (goed) als het aspect aanwezig is en naar tevredenheid is uitgewerkt en
5 punten (zeer goed) als het aspect aanwezig is en naar volle tevredenheid is uitgewerkt.

Onderdelen van de praktische opdracht die beoordeeld zijn:
a) (beschrijving van) de opzet en aanpak: inleiding en vraagstelling (met de onderzoeksvraag).
b) (beschrijving en/of tekening van) de gebruikte opstelling(en), de toegepaste meetmethode(n) en procedure(s) bij het fysische experiment.
c) (beschrijving en/of tekening van) het gebruikte wiskundige model.
d) (beschrijving van) de berekeningen in het numerieke model
e) (beschrijving/weergave van) de resultaten en conclusie(s).
f) commentaar op eigen werk.
g) natuurkundig en wiskundig juiste (meet)methoden, redeneringen en berekeningen.
h) diepgang of originaliteit van het onderzoek.
i) duidelijkheid, begrijpelijkheid en overzichtelijkheid van het verslag (iedere medeleerling moet het kunnen begrijpen en kunnen nadoen).

Er zijn totaal maximaal 45 punten te behalen. Het cijfer = puntental / 4,0 en is maximaal 10.

Bijlage 3

Praktische Opdracht Technische Automatisering:

Deze opdracht realiseer je met Systeembord(en) en/of het simulatieprogramma Systematic.

Met zijn tweeën ontwerp je twee systemen zoals die van opdracht 45 t/m 62. Je mag ook zelf iets bedenken en dat aan je docent voorleggen (of dat niet te moeilijk of te makkelijk is). Als het ingewikkeld genoeg is, volstaat één systeem met subsystemen.

Van elk systeem lever je een verslag in met

beschrijving van de functie(s) van het te ontwerpen systeem
beschrijving van de opzet van het ontwerp
schema van het ontwerp
beschrijving van de werking van het ontwerp
testresultaten

En je demonstreert een werkend model van het ontwerp.

Ook geef je hierbij allebei mondeling uitleg en beantwoord je vragen van de docent.

Beoordeling van de praktische opdracht technische automatisering
(behaalde cijfer: = puntental * 10 / 18)

Onderdelen van de praktische opdracht die beoordeeld worden:
a) opzet : inleiding, met onderwerpkeuze (wat ga je ontwerpen) en de functionele eisen die je aan het ontwerp stelt (wat moet het doen of kunnen). (3 p)
b) beschrijving van opzet en aanpak: globale omschrijving van je ontwerp. (2 p)
c) uitwerking naar een technisch ontwerp (schema van de schakeling en realisatie met schakelborden en evt. een simulatie). (5 p)
d) juistheid van het ontwerp: het systeem moet goed functioneren (of kunnen functioneren). Je moet dit ook laten zien in het echt (systeemborden) of met een simulatie (Systematic). (3 p)
e) uitgebreidheid, diepgang en/of originaliteit van het ontwerp. (3 p)
f) duidelijkheid, begrijpelijkheid en overzichtelijkheid van het verslag (iedere medeleerling moet het kunnen begrijpen en kunnen nadoen). (2 p)