Eindhoven University of Technology

MASTER

Het gebruik van een micro-computer bij het praktikum natuurkunde

Findhammer, Wim

Award date:1985

Link to publication

DisclaimerThis document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Studenttheses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the documentas presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the requiredminimum study period may vary in duration.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

~ I I

Het gebruik van een micro-computer bij

het praktikum natuurkunde.

Verslag van het afstudeerwerk van:

Wim Findhammer,

uitgevoerd in de vakgroep Didaktiek

Natuurkunde van de Technische

Hogeschool Eindhoven, onder

begeleiding van dr.G.Yerkerk.

sept. 1984 - sept. 1985

Inhoudsopgave.

Samenvatting.

Voorwoord.

hoofdstuk 1. Opzet van het onderzoek.

hoofdstuk 2. De spirometer-proef, een veld-experiment in de bevenbouw

HAVO/VWO. 14

hoofdstuk 3~ Evaluatie van het de spirometer-proef. 43

hoofdstuk 4. Meten en regelen in het natuurkunde-enderwijs op

het HAVO en VWO. 99

hoofdstuk 5. Een modulair interface systeem voor de Ccmmcdore-64. 112

Literatuur-opgave. 126

Appendices.

Samenvatting.

De ontwikkelingen op het gebied van de micro-electronica hebben ertoe

geleid dat scholen voor voortgezet onderwijs in toenelende mate beschikken

over één of meer micro-computers. Naast het gebruik van deze apparatuur

voor het vak informatica is er een-groeiende belangstelling 01 ook bij het

onderwijs in de natuurkunde aicro-computers te gebruiken.

Eén van de doelstellingen daarbij is het up-tc-date houden van het beeld

dat leerlingen hebben van de natuurkunde. Het gebruik van

computer-apparatuur bij het uitvoeren van 1etingen Cin demonstratie- of

praktikum-situaties> is een van de manieren waarop deze doelstelling zou

kunnen worden bereikt.

Het afstudeer-onderzoek heeft zich grotendeels gericht op de vraag of het

beeld dat leerlingen hebben van.de natuurkunde verandert als leerlingen een

micro-computer gebruiken als automatisch 1eet-instru1ent, gekoppeld aan

praktikum-apparatuur. In het voorjaar van 1985 is een veld-experiaent

uitgevoerd op 3 scholen in de omgeving van Eindhoven. 134 leerlingen hebben

deelge~oeen aan een praktikum waarbij de 1eetgegevens automatisch werden

verzameld met behulp van een micro-computer.

Gebleken is dat deze leerlingen na het uitvoeren van dit coaputer-praktikum

een beter inzicht hadden in de manier waarop co1puters worden gebruikt in

de natuurkunde. Ook bleek dat de ervaring die leerlingen hebben aet het

gebruik van een co1puter van invloed was op de mate waarin veranderingen

optreden in het beeld van de natuurkunde.

Verder is er aandacht geschonken aan het opnemen van het onderwerp •eten en

regelen in het natuurkunde-onderwijs op HAVO- en VWO-scholen. Er zijn

leerdoelen geiorauleerd en er is gewerkt aan een praktikua-proef, waarbij

een micro-computer voor de regeling zorgt.

01 deze praktikum-proef (het regelen van de stand van een windaolen>

logelijk te aaken is er een aodulair interface systeem ontworpen dat

bruikbaar is bij micro-computers van het type Coaaodore-64, aaar dat

waarschijnlijk ook geschikt is voor enkele andere typen.

Voorwoord.

Het afstudeerwerk, waarvan dit het verslag is, zou niet •ogelijk zijn

geweest zonder de •edewerking van een groot aantal •ensen, dit ik daar op

de:e plaats graag voor wil bedanken.

Prof.J.Raat, die zijn goedkeuring gaf aan het project dat buiten het

destijds bestaande onderzoeksprogramma lag. De afdeling Didaktiek

Natuurkunde van de Universiteit ·van A•sterdam, evenals W.v.Zundert van het

OMO in Tilburg, het Eekart College in Eindhoven, het Anten van

Duinkerkencollege in Veldhoven en het Hertog Jan College in Valkenswaard

die de apparatuur voor het veld-experi•ent beschikbaar hebben willen

stellen. De docenten W.Berden, A.Brink, P.Claassen, ".Hendriks, ".Casting

en H.v.Wunnik die het •ogelijk maakten om het veld-experiment uit te

voeren. De leerlingen die het praktikum uitvoerden, •aar ook de enquttes

invulden en het proefwerk •aakten. Cees van Bart, Robert Bouwens, Paul

Derckx, Mark Dielen, Jeroen Juwett, André Lathouwers en Piet de Roe, die

de observaties mee uitvoerden en steeds de opstellingen •ee opbouwden en

testten. Gerard Westerbeek, die de video-opna•es •aakte en technische

assistentie verleende waar dat nodig was.

Verder wil ik Ronald Heijeler van de Universiteit van A•sterda• bedanken

voor de hulp die hij gaf bij het leren kennen van de co•puter-apparatuur en

voor de sa•enwerking bij het veld-experiment.

Speciale dank gaat uit naar Serrit Verkerk, die de begeleiding van het

afstudeerwerk voor zijn rekening nam. De discussies die we voerden hadden

vaak een stimulerende uitwerking op het werk.

Tenslotte wil ik Anne•arie bedanken voor de hulp bij het typen van dit

verslag en voor het geduld dat ze met aij heeft gehad in de afgelopen

periode.

Ni• Findha11er

Stpte•btr 1985

- 1 -

1.1 Aanzet tot het onderzoek.

Gedurende de laatste ca. 20 jaar is er veel veranderd in het fysisch

onderzoek. Sinds de intrede van de digitale rekenaachine heeft deze

apparatuur een zodanige ontwikkeling doorgemaakt dat een experiaenteel

fysicus er vrijwel niet meer buiten kan. Door de aagtlijkheden van

koppeling tussen experiment en computer en tussen co•puters onderling is

een groot deel van de werkzaamheden van fysici overgenomen door computers.

Hierbij kan worden gedacht aan verzameling van aeetgegevens, aan besturing

en bewaking van experimenten en processen, en aan real-tiae bewerking van

•eet gegevens.

Dit heeft tot gevolg dat een fysicus zich diepgaander met de fysica kan

bezighouden en aet de methoden van data-verwerking. De ~oderne fysicus

heeft geleerd de coaputer te zien als gereedschap en niet als doel op zich.

Vaak geven de resultaten aanleiding tot nieuwe probleemstellingen en aeer

geavanceerde experimenten. Daarvoor zijn dan nog snellere en grotere

computers nodig. De ontwikkelingen op dit gebied zullen zichzelf op deze

aanier in stand houden, zoniet versnellen.

Ook op het gebied van de aodelstudies, siaulaties e.d. zien we een steeds

grotere rol voor steeds snellere en aeer coaplexe coaputers. Door deze

<super-)computers worden rekentijden alsmaar verkort, zodat de resultaten

in veel kortere tijd beschikbaar koaen. Berekeningen die nog aaar enkele

jaren geleden alleen 's nachts of in de weekeinden konden worden

uitgevoerd, zijn nu probleemloos zelfs aeerdere aalen op een dag te

herhalen. Hierdoor zullen de ontwikkelingen op bovengenoeade terreinen ook

steeds sneller verlopen.

Van deze ontwikkelingen is pas sinds een paar jaar iets te aerken in het

voortgezet onderwijs. Dit trage volgen van het onderwijs wordt o.a.

veroorzaakt door het feit dat computers pas sinds ca. 1975 bereikbaar zijn

voor scholen. In dat jaar kwam namelijk de eerste aicro-coaputer op de

markt, een complete computer ter grootte van een flinke boekentas die op

een TV-toestel aoest worden aangesloten. In korte tijd veroverden deze

kleine coaputers een plaats in de aaatschappij. Er verschenen veel aodellen

- 2 -

van talrijke fabrikanten. De concurrentie op de aar~t v~or hobby- en

home-computers werkte een prijsdaling in de hand. Maar ook als gevolg van

de snelle entwikkelingen in de micro-electronica daalden de prijzen sterk.

De prestaties van de aicro-ccaputers werden desondanks steeds groter.

Ook scholen gingen over tot de aanschaf van de nieuwe apparatuur en het vak

(burger-)informatica of ccaputerkunde verscheen op het lesrooster. Vaak

gaven de leveranciers grote kortingen aan scholen waardoer de aanschaf nog

aantrekkelijker werd.

Naar aanleiding van bovengenoemde ontwikkelingen in de fysica en op

scholen, en uit persoonlijke interesse, ben ik gestart aet een

afstudeerproject over aicro-computers in het natuurkunde-onderwijs. Hierbij

heb ik ee beperkt tot het gebruik in praktikua-situaties, en tot het

gebruik van een aicrc-coaputer als autoaatisch •eet-instrument, gekoppeld

aan praktikum-apparatuur.

De achterliggende gedachte is dat er in het natuurkunde-enderwijs veel te

weinig aandacht wordt gegeven aan de wijze waarop ccaputers worden gebruikt

in het natuurkundig onderzoek en in de techniek. Het beeld dat leerlingen

op school krijgen van het wetenschappelijk bedrijf is verouderd. Vooral

geldt dit veer het beeld van de experiaentele natuurkunde.

Door het gebruik van teaputers in het natuurkunde-onderwijs kunnen ook op

gebieden buiten de huidige leerstof vernieuwingen plaatsvinden. Nieuwe

leerdoelen, aet naae op het terrein van de aicro-electronica kunnen worden

bereikt. De ccaputer is een van de aogelijke voorbeelden die daarbij kunnen

worden gebruikt. De aicrc-coaputer kan daarvoor een aanleiding zijn. Tevens

echter bieden deze computers priaa acgelijkheden als hulpaiddel bij het

bereiken van deze nieuwe leerdoelen.

- 3 -

1.2 De computer in het onderwijs.

Op dit •o•ent bezit vrijwel iedere school voor voortgezet onderwijs wel

1instens één micro-computer t.b.v. de informatica-lessen. Dit wordt ook

gestimuleerd door de overheid, die wil voorkomen dat Nederland een

achterstand t.o.v. het buitenland oploopt op het gebied van de inforaatica.

Het ISP (Informatica Stiaulerings Plan> [23J geeft aan op welke •anieren

deze achterstand •eet worden voorkomen. Vooral het onderwijs heeft hierin

een belangrijke taak toegewezen gekregen.

Of de wijze waarop wordt getracht via het onderwijs de infor•atica op een

hoger peil te brengen een juiste is mag worden betwijfeld. Vooral bij de

keuze van apparatuur door scholen worden nog te weinig richtlijnen gegeven.

Hierdoor is een situatie ontstaan die naar voren komt in een rapport van

het COI (Centrum voor Onderwijs en Inforaatie-technologie> [19J. Het

rapport geeft de resultaten van een enquête, gehouden onder bijna alle

scholen voor voortgezet onderwijs. Hieruit blijkt dat ca. de helft van alle

toaputer-apparatuur die te vinden is op de scholen, is verdeeld over zo'n

30 verschillende •erken en typen. Zelfs ko•t het voor dat er op één

school toaputers staan van verschillende typen. Als •en bedenkt dat het

vrijwel niet aogelijk is OI tussen de diverse typen aicro-co•puters

software en hardware uit te wisselen, dan zal het duidelijk zijn dat er

nauwelijks sprake kan zijn van gecoOrdineerde software-ontwikkeling. Wat

er dan nog wordt ontwikkeld is aeestal •aar voor zeer beperkte kring

bruikbaar.

Voor het onderwijs waarvoor de micro-colputers •eestal worden gebruikt,

burgerinforaatica of co•puterkunde en cursussen programaeren, speelt het

bezwaar van de geringe uitwisselb~arheid nog een ondergeschikte rol. De

•eeste software hiervoor is geschreven in het een of ander BASIC-dialect,

dat vaa~ redelijk eenvoudig te vertalen is voor een ander type

•icro-computer. Wel kost dit werk veel tijd die beter iets anders kan

worden besteed.

Anders is het met toepassingen van •icro-computers in de exacte vakken,

vooral als er praktikum-opstellingen worden geautomatiseerd. De snelheid

- 4 -

waarmee verschijnselen in de natuurwetenschappen en _de Jechniekc:~!~~~~n­

maakt het vaak noodzakelijk om een gedeelte van de software in assembler te

schrijven, waarbij ook de specifieke indeling van het geheugen veelal een ,

rol speelt. De uitwisselbaarheid c.q. vertaalbaarheid blijft dan_ wel sterk_ . . .

beperkt tot hetzelfde type micro-computer. Het is vaak niet eens aogelijk

om deze software te vertalen, omdat allerlei eigenschappen van hardware

niet in andere micro-computers aanwezig zijn. Het is daarom aan te bevelen

dat er <mogelijk door de overhei~l meer op wordt aangedrongen dat_er bij de

aanschaf van micro-computers door scholen een keuze wordt gemaakt uit een

beperkt aantal (b.v. max. 5> typen computers. Bij de selectie van deze

typen zal dan uiteraard rekening moeten worden gehouden met de wensen die

alle vakgebieden hebben die de computers gaan gebruiken.

1.3 Apparatuurkeuze.

Ten tijde van de aanvang van het afstudeerwerk bezat de vakgroep Didaktiek

Natuurkunde nog geen computer-apparatuur. Er aoest dus een keuze word_en

gemaakt uit de vele typen micro-computers die op dat aoaent in de handel .· waren. Een aantal overwegingen hebben bij deze keuze een rol gespeeld.

: ..

1e. Welke typen mi cro-co•puters worden al gebrui kt in het voortgez __ e.,t.

onderwijs. Hierbij speelt de prijs van deze apparatuur een grote rol.

Het is voor een school aantrekkelijker 011 over zoveel a._PP,a_ra_t~u.,.r. te

beschikken dat een hele klas er tegelijkertijd aee kan we_rken_, dan dat

er slechts een enkele computer aanwezig is waarmee kan word.en ··. ·;, -_ ·. :. ·- -

gedemonstreerd. Bovendien heeft het geen zin als de vakgro~~-Di~aktiek , - .:: ,o. ·• ' ::: • ':' =I

Natuurkunde toepassingen van micro-computers voer het ond~rwijs in de . '

natuurkunde gaat ontwikkelen met een machine die niet op.de scholen = . ~ ..

wordt gebrui kt.

~ . .: .

- 5 -

2e. Het aoet lOgelijk zijn rand-apparatuur te koppRle~ aa~ de

licro-computer. Dit zal uiteraard gelden voor printers,

cassette-recorders en disk-drives. Maar voor het gebruik bij praktika

in de exacte vakken zal ook praktiku•-apparatuur aceten Morden

aangesloten via een interface. Hiervoor zal ainiaaal een 8-bits brede

paralelle poort beschikbaar aceten zijn.

3e. De geheugencapaciteit aoet voldoende groot zijn om een representatief

prograaaa met de benodigde variabelen 4p te slaan. Hiervoor is al snel

16 Kbyte geheugenruimte nodig vanwege de grote hoeveelheid tekst die

aan de gebruiker moet worden aangeboden. Deze tekst is nodig om uitleg

te geven over de bediening van de apparatuur, de werking van het

prograama, de in te voeren gegevens etc.

4e. Een eis die eveneens voortkolt uit het gebruik van de aicro-coaputer

bij de exacte vakken is de aanwezigheid van een grafisch schera aet

een hoge resolutie <ca. 200 x 200 pixels>. In deze gevallen worden

vaak grafieken gebruikt. Deze grafieken aceten voldoende gedetailleerd

kunnen worden gepresenteerd.

Se. De beschikbaarheid van prograaaeertalen heeft bij de keuze eveneens

een rol gespeeld. Hierbij aoet in eerste instantie Morden gedacht aan

BASIC, en aan PASCAL. Deze overweging zal bij scholen niet zo'n grote

rol spelen, aaar in de vakgroep Didaktiek Natuurkunde, Maar ook

prograaaa's zullen worden ontwikkeld, is een goed gestructureerde

opbouM van prograaaa's van groot belang. Dit betekent dat BASIC

eigenlijk niet zo'n geschikte keuze is, oadat deze taal vrij sterk

uitnodigt tot ongestructureerd prograaaeren [16 en 7].

- 6 -

6e. Veel scholen in de regio Eindhoven zijn lid van de,vereniging OMO <Ons

Middelbaar Onderwijs). Deze vereniging heeft de bij haar aangesloten

scholen geadviseerd zich bij de keuze van computer-apparatuur te

richten op één type co•puter. Educatieve software kan dan

gemakkelijk worden uitgewissefd tussen de aangesloten scholen

onderling. Bovendien is het in dat geval ook de aoeite waard om

centraal deze software te ontwikkelen. Het OMO geeft haar scholen het

advies om apparatuur van het type Coaaodore-64 aan te schaffen.

7e. Aan de Universiteit van Aasterdam is aen al gedurende 3 jaar bezig aet

aktiviteiten op het gebied van aicro-coaputers in de natuurkunde.

Vooral toepassingen bij het natuurkunde-praktikua hebben hun aandacht.

In september 1984 is er ook een onderzoek gestart aet de tittl:

Weten aet de aicro-coaputer bij het vak natuurkunde i» de boveDbouw

van het HAVO/VNO. Het bood vele voordelen 01 aet de afdeling

Didaktiek Natuurkunde in A1sterdaa saaen te werken. De know-how die

aan de Universiteit van Alsterdam inaiddels was opgebouwd kan snel

warden overgedragen via de nascholingscursus die in Aasttrdaa wordt

verzorgd. Ook was het aogelijk 01 door aiddel van het afstudeerproject

een bijdrage te leveren aan het onderzoek dat net was gestart. Tevtns

kan gebruik warden gelaakt van de toepassingen van aicro-coaputers die

in de afdeling Didaktiek Natuurkunde van de Universiteit van Aasterdal

zijn ontwikkeld. Deze toepassingen aaken gebruik van dt Apple-Ile- en

vooral de Coalodore-64-•icro-ca•puter. Bij de nascholings-cursus wordt

alleen aet de Camaodore-64 gewerkt.

De keuze is uiteindelijk op de COIIOdore-64 gevallen. De prijs ervan is

vrij laag, terwijl de geheugencapaciteit, de grafische- en

interface-logelijkheden ruil voldoen aan de gestelde eisen. De vrije

geheugenruimte is standaard ca. 38 Kbyte groot. Het grafische scher• heeft

; . een resolutie van 320 x 200 pixels en 16 kleuren waarvan er steeds 2

tegelijk kunnen warden gekozen (eventueel 160 x 200 pixels en

tegelijkertijd 4 van de 16 aogelijke klturen>. Wat betreft de

interface-aagelijkheden is de Coaaodare-64 rui• voorzien. Naast 2

spelpoorten <aansluitingen voor joysticks, gaae-paddles en een lichtpen>,

zijn er 2 poorten die interessant zijn voor koppeling van de aicro-coaputer

- 7 -

ut praktikum-apparatuur. De zgn. EXPANSION-poort geeft toeg.ang tot de

DATA-bus en de ADRES-bus van de micro-computer, terwijl ook vele

controle-signalen beschikbaar zijn. Ook is een zgn. USER-poort aanwezig.

Deze bezit een 8-bits data-register dat kan worden gebruikt voer input of

cutput van data van of naar een interface. Ook hier zijn enkele

controlelijnen beschikbaar voor hand-shaking e.d.

Nadelig zijn de volgende punten:

le. Er zijn vrijwel geen programmeertalen beschikbaar buiten de

standaard-BASIC (of de uitgebreidere SIHON's BASIC>. Dit betekent dat

het ontwikkelen van software wat probleaatischer is. Bevendien is de

standaard-BASIC nogal beperkt, en worden b.v. de grafische

mogelijkheden van de aachine niet ondersteund. De uitbreiding •.b.v.

SIHON's BASIC is weliswaar een welkome aanvulling, aaar niet alle

scholen beschikken over deze uitbreiding. Bovendien neemt deze

uitbreiding een flink deel van de beperkte geheugenruimte in beslag.

2e. In principe kunnen alleen printers en disk-drives van het •erk

Comaodore worden aangesloten. Hoewel co••ercifel begrijpelijk, is

dit voor onderwijs-instellingen een slechte zaak. Vaak is •en bij de

aanschaf duurder uit in vergelijking •et randapparatuur van een ander

aerk. Bovendien laat de kwaliteit nogal eens te wensen ever (trage,

serille overdracht van data; zeer •atige letterkwaliteit van de

printers>. Ook kan de randapparatuur van Comaodore in de aeeste

gevallen niet worden gebruikt in coabinatie met andere aerken

computer-apparatuur. Scholen zullen bij een overstap naar ten ander

aerk (niet zo ondenkbaar in de toekoastl eveneens de randapparatuur

aceten vervangen.

- 8 -

1.4 Samenwerking •et de afdeling Didaktiek Natuurkunde van de

Universiteit van A1sterdam.

In 1.3 is al gesteld dat het voordelen had om tot een zekere samenwerking

te koaen aet de afdeling Didaktiek Natuurkunde van de Universiteit van

Amsterdam. Er zijn in deze groep een aantal praktikumproeven ontwikkeld

waarbij de licrc-ccaputer wordt gebruikt o• aeetgegevens te verza•elen en

er bewerkingen op uit te voeren. Hoewel deze proeven voor een deel al

regelmatig door leerlingen worden gebruikt binnen het

natuurkunde-praktikum, heeft er nog geen systematische analyse

plaatsgevonden van de effecten van een dergelijke proef. Hiervoor is een

uitgebreider veld-experiaent nodig, dan een incidenteel gebruik door een

klein aantal leerlingen. De opzet van een dergelijke proef, die vooral op

grond van intuftie en onderwijservaring is gekozen, kan dan beter worden

beoordeeld.

Ook in het kader van het onderzoek in Aasterdal was een sa•enwerking

aogelijk. Dit onderzoek heeft als doel het ontwikkelen van een stuk

curriculu• op basis van twee centrale •otieven [11l:

1. Men wil het beeld dat leerlingen zich vor•en van de natuurkunde als

wetenschap uitbreiden •et aoderne •eettechnieken uit hedendaags

natuurwetenschappelijk onderzoek en uit de techniek.

2. Hen wil bij de leerlingen kennis van en inzicht in een aantal

•steutelconcepten" aanbrengen uit het gebied van de eicro-electronica

en (micro->co•puter-ondersteund aeten.

Men denkt aan een curriculum waarbij leerlingen gedurende de hele

bovenbouw-periode een aantal co•puter-experiaenten tegenkoaen in het

leerlingen-praktikum en als deaonstratie-proef. Tevens kan daarin een serie

van 10-15 lessen zijn opgenomen waarin expliciet aandacht wordt gegeven aan

de rol van <micro-)computers bij meet- en besturingsprotessen en aan de

daaraan ten grondslag liggende technieken en principes. Onderwerpen in deze

lessenserie kunnen begrippen zijn als digitalisering, be•onstering,

terugkoppeling etc.

- 9 -

Met mijn afstudeerwerk kan aan dit onderzoek een bijdrage worden geleverd

d.m.v. het ontwikkelen van een praktikumproef, waarbij wordt ingegaan op

onderwerpen uit de meet- en regeltechniek.

Tenslotte is samenwerking, of in ieder geval coördinatie van aktiviteiten

van groot belang om niet op meerdere plaatsen hetzelfde onderzoek te doen.

Er is nog zoveel vakdidaktisch onderzoek te doen, dat dubbel werk nodeloze

verspilling zou zijn.

1.5 Opzet van het project.

De samenwerking van de vakgroep Didaktiek Natuurkunde van de TH-Eindhoven

met de afdeling Didaktiek Natuurkunde van de Universiteit van Amsterdam

heeft uiteindelijk geleid tot de volgende opzet van het afstudeerproject:

Een voorbereidingsperiode waarin d.1.v. het volgen van 2 cursussen

kennis wordt opgedaan over het gebruik van aicro-computers bij het vak

natuurkunde. In deze periode wordt tevens gestart aet de voorbereiding

van een veld-experiment. - Een veld-experiment waarin een computer-proef wordt gebruikt door

leerlingen van 3 scholen in de omgeving van Eindhoven. De keuze van de

proef en van de deelnemende scholen wordt geaaakt in de

voorbereidingsperiode. - Het forauleren van leerdoelen op het gebied van meten en regelen.

- Het ontwikkelen van een computer-experilent waarbij meten en regelen

een rol speelt.

- 10 -

Deze 4 onderdelen worden hieronder nader uitgewerktL

A. In de voorbereidingsperiode heb ik deelgenomen aan 2 cursussen. Beide zijn

nascholingscursussen gericht op docenten uit het voortgezet onderwijs. De

cursus "De ticro-coaputer in de natuurkunde-lrs", verzorgd door de

vakgroep Natuurkunde-didaktiek van de Rijks Universiteit Utrecht is bedoeld

als introductie aan leraren over de logelijkheden van 1icro-co1puters.

Hierin komen toepassingen in de ~atuurkunde-lessen <COO, praktikum,

interfacing>, aaar ook in andere onderwijstaken aan de orde

<tekstverwerking, database, calculatie). Bovendien gaat men in op de

problematiek rond de aanschaf van computer-systemen (talen, randapparatuur,

systeem-eigenschappen>.

•rorpassing van aicro-cotputers bij natuurkunde-experitenten• is de

titel van een cursus die door de afdeling Didaktiek van de Universiteit van

A•sterdam wordt verzorgd. Deze geeft specifieke informatie over de

logelijkheden bij interfacing. In vooral praktiku1situat~es wordt

uitgebreid ingegaan op digitale electronica. De kennis wordt zorgvuldig

opgebouwd vanaf een eenvoudige transistor tot een co1plete AD-converter.

Alle belangrijke principes die kunnen worden gebruikt in een interface

leren de cursisten kennen. Als afronding wordt in groepjes gewerkt aan een

uitgebreide opdracht, waarbij een kant en klare interface wordt gebouwd en

gebruikt in combinatie •et een 1icro-co1puter.

In deze voorbereidingsperiode zijn ook de eerste kontakten gelegd 1et

natuurkunde-docenten van scholen in de o•geving van Eindhoven. In november

1984 is er een bijeenkoest geweest waarop ca. 10 natuurkundedocenten

aanwezig waren. De bedoeling van deze bijtenkeist was te ko1en tot een

keuze van 3 scholen die zouden deelnemen aan het project. Bovendien zou er

in overleg 1et de aanwezige docenten een keuze worden gelaakt uit de

beschikbare computer-experi•enten. Uiteindelijk bleken vrijwel alle

aanwezige docenten interesse te hebben in deelname aan het project. Uit de

gegadigden zijn later 3 scholen gekozen, voornalelijk op grond van de op

school beschikbare apparatuur. Deze scholen waren:

Eekart College

Anten van Duinkerkencollege

Hertog Jan College

- 11 -

Eindhoven

Veldhoven

ValkensNaard

Gekozen is om het experiment op de-3 scholen uit te voeren met

gebruikmaking van de spirometer-proef uit het thema uLijfwerk• van het

VWO-bovenbouN-project.

Deze keuzes zijn gemaakt op grond van vooral praktische argumenten:

1. Om het school-experiment met een voldoende groot aantal leerlingen uit

te kunnen voeren in een redelijke tijd was het noodzakelijk om

meerdere opstellingen voorhanden te hebben. Alleen van de

spirometer-proef was meer dan tén opstelling beschikbaar. De

afdeling Didaktiek Natuurkunde van de Universiteit van A•sterdam had

er een 10-tal staan die direct te gebruiken waren. Voor de andere

proeven zouden de opstellingen eerst moeten worden gebouwd.

2. Bovendien was er voor de spirometer-proef al een computer-programma

geheel klaar. Dit was tevens een al 2 keer gereviseerde versie, waar

zo goed als geen fouten meer in aanwezig waren.

3. Het aantal beschikbare AD-omzetters bepaalde uiteindelijk hoeveel

opstellingen er konden worden gebruikt. Naast de AD-o•zetter van de

vakgroep Didaktiek Natuurkunde van de THE was het mogelijk er 2 te

lenen van de afdeling Didaktiek Natuurkunde van de UvA, 2 van het

Eekart College en 1 van de vereniging 0"0. Er konden dus 6

opstellingen worden gebruikt, zodat er op een school in ieder geval 6

•icro-computers van het type Commodore-64 voor het experi•ent

beschikbaar moesten zijn.

B. Het veld-experiment is in de periode van 14-2-1985 tot 28-3-1985 uitgevoerd

op bovenstaande scholen. In totaal ~ebben 134 leerlingen uit 6 klassen de

spirometerproef uitgevoerd in groepjes van 2 <soms 3). "et als

onderzoeksinstrumenten het afnemen van 2 enquêtes <pre- en posttest> en

een proefwerk is geprobeerd vast te stellen of het beeld dat leerlingen

hebben van computer-gebruik in de natuurkunde en techniek is veranderd na

het uitvoeren van de computer-proef.

- 12 -

Hierbij is tevens onderzocht of deze veranderingen nog verschillend zijn

voor diverse groepen leerlingen. Deze groepen zijn samengesteld op basis

van sexe, HAVO- of VWO-leerling, wel of geen co•puter-ervaring.

Eveneens zijn er tijdens het praktikum observaties gedaan van de

aktiviteiten van de leerlingen en zijn er video-opna•es gelaakt. De

bedoeling hiervan is om te weten te komen op welke 101enten de leerlingen

problemen tegen komen bij het uitvoeren van de proef en waardoor deze

problemen worden veroorzaakt. Daarnaast is de verwachting dat de

observaties, maar meer nog de video-opnames informatie geven over de vraag

of de natuurkunde wordt versluierd door het gebruik van een •icro-computer.

Deze informatie kan dan worden gecombineerd met de resultaten van het

proefwerk, dat enkele dagen na het praktikum is gegeven.

C. De leerdoelen zijn geformuleerd na het verrichten van een studie naar de

onderwerpen die behoren bij bestaande curricula over aeten en regelen. Er

zijn b lespakketten bekeken, 2 Nederlandse, 2 Duitse en 2 Engelse. Hieruit

is een pakket onderwerpen saaengesteld dat toegankelijk zou zijn voor

leerlingen uit de bovenbouw van het HAVO/VNO. Vooral de wiskundige kennis

heeft bij de keuze van de onderwerpen een rol gespeeld.

Naast deze literatuurstudie zijn enkele gesprekken gevoerd aet specialisten

aet betrekking tot aeet- en regeltechniek. Netenschappelijk ledewerkers aan

de TH-Eindhoven die in hun werk veel te aaken hebben aet de toepassing van

regelsystemen, zowel als •et de theoretische onderbouwing ervan. Deze

aensen is gevraagd naar hun aening over het opneaen van aeten en regelen in

het natuurkunde-onderwijs. Tevens is gevraagd naar de onderwerpen die zij

van belang achten en die bovendien begrijpelijk kunnen worden gemaakt voor

leerlingen van de bovenbouw van het HAVO en VNO.

- 13 -

D. Bij het ontwikkelen van een praktikua-proef is lang gedacht over een

geschikte keuze van het onderwerp. Er is van uitgegaan dat de ,roef iets

extra's aoest hebben boven de geaiddelde toepassingen van coaputers die op

scholen worden ontwikkeld. Uiteindelijk zullen de Didaktiek-groepen de

voortrekkers •oeten zijn van nieuw~ ontwikkelingen in het

natuurkunde-onderwijs.

De keuze is tenslotte gevallen op het bouwen en auto•atiseren van een

opstelling waarbij wind-energie wordt toegepast. Dit onderwerp spreekt

leerlingen erg aan [241 en het biedt voldoende aogelijkheden o• aspecten

van regelen te laten zien.

Problemen waren er op het gebied van de koppeling van de opstelling aan de

•icro-computer. Vanwege de vele onderdelen van de opstelling die aceten

worden aangesloten op de computer zou de interface erg ingewikkeld worden.

Het is naaelijk noodzakelijk dat al deze onderdelen vanuit de software

worden bestuurd. Extra nadelig was dat de diverse gedeelten ook voor andere

doeleinden geschikt zijn en niet alleen aceten worden gebruikt bij deze

proef <AD-oazetter, digitale inputs, besturing electra-aator etc.). Er is

daarom gekozen voor het ontwerpen en gebruiken van een aodulair

interface-systeea aet dat eventueel ook bij andere typen aicro-coaputers

dan de Coaaodore-64 kan worden gebruikt.

De colputer-proef is door bovengenoeade zaken in de verdrukking gekoaen.

Door tijdnood is de proef niet zover uitgewerkt als in eerste instantie de

bedoeling was. De opstelling is wel nagenoeg voltooid, aaar een handleiding

en een co•puter-prograaaa voor leerlingen is niet aeer geschreven. Nel zijn

de verschillende aodules voor de proef gebouwd en getest.

- 14 -

2.1 Achtergronden van de spirometer-proef.

Zoals in 1.5 al is veraeld, is er bij het veld-experiaent gebruik geaaakt

van de spirometer-proef zoals die is opgenoaen in het theaa Lijfwerk van

het VWO-bovenbouw-project. Dit is een vernieuwings-project waarin wordt

samengewerkt door het PLON, de Universiteit van Aasterdam en de

Universiteit van Groningen.

In 1983 is een voorstel verschenen voor een Experiaenteel PLON Exaaen

Prograeaa voor VWO CEPEP-VWO> [221. Dit EPEP-VWO is opgesteld door de

deelnemers aan het VWO-bovenbouw-project, ter ondersteuning van de aanvraag

voor exaeen-facilit~iten van het project bij het Ministerie van Onderwijs.

Het vervolg van deze paragraaf geeft in het kort de inhoud van het voorstel

weer.

Uitgaande van drie algeeene onderwijs-doelen:

a. de persoonlijke ontwikkeling van de leerling tot zelfstandig en aondig

burger,

b. de kennisaaking aet het kennisbestand van de wetenschap, aet de

wetenschapsbeoefening en eet de toepassing van de wetenschap,

c. de scholing van de leerling voor beroep en vervolgstudie,

wordt geconstateerd dat in het huidige exaaen-prograaaa deze doelen zeer

eenzijdig zijn ingevuld. Het natuurkunde-onderwijs is vooral sterk gericht

op de scholing voor beroep en studie en op de kennisaaking aet het

kennisbestand van de wetenschap. "ede in verband aet deze ongelijke

verdeling worden een aantal vernieuwingen nagestreefd:

- In het natuurkunde-onderwijs een gelijkwaardige plaats geven aan de

persoonlijke ontwikkeling van de leerlingen en aan de kennisaaking eet

de wetenschap en de wetenschapsbeoefening naast de scholing voor

studie en beroep. Een gevolg hiervan is de aandacht voor de

leefoageving van de leerling, voor technologie, de invloed van

wetenschap en technologie op de saaenleving en voor de ontwikkeling

van de wetenschap. Daarnaast zijn er eogelijkheden voor zelfstandig

onderzoek en voor differentiatie naar interesse.

- 15 -

- Nadere invulling van de scholing voor studie en b~oep door onder aeer

na te gaan welke eisen er aan de natuurkundekennis worden gesteld door

vervolgopleidingen.

Het opheffen van knelpunten in het VWO-onderwijs door

il aoderne natuurkunde op te nemen in het onderMijt

iil eeer aandacht te geven aan zelistandigheid van leerlingen en aan

probleemoplossend gedrag

iii) natuurkunde uitdagend te •aken voor een grotere groep leerlingen

dan vcrheen

ivl de overgang van de onderbouw naar de meer fysisch-mathematische

bovenbouw geleidelijker te laten verlopen

De genoemde vernieuwingen wil men bereiken door aiddel van 4

programmapunten:

Er zal een nieuw curriculum 1oeten worden ontwikkeld en uitgetest op

een aantal proefscholen. Dit zal bestaan uit theea's en blokken. In de

blokken komen begrippen uit de natuurkunde aan de orde die van belang

zijn in vele gebieden. Denk hierbij b.v. aan •bewegingen• en •arbeid•.

De behandeling van deze begrippen gebeurt op een •eer abstracte,

•athematische wijze. In de thema's is de stoi opgebouwd rond

the•a-vragen over onderwerpen uit de wetenschap, uit de sa•enleving of

uit de interesse-wereld van de leerlingen.

De ervaringen op de proeistholen eoeten Morden geêvalueerd. Hierbij

staan vragen catrent de benodigde lestijd, de leersteilijst e.d.

centraal. Tevens is onderzoek nodig e.b.t. het exaeenprograe•a~

- De resultaten van het onderzoek zullen •oeten worden gebruikt om het

ontwikkelde materiaal te herzien, maar ook voor het adviseren van de

leraren. In tweede instantie zullen deze adviezen ook via de

leraren-opleidingen moeten worden verspreid naar een breder veld.

-Tenslotte zal ook de Werkgroep Eindexaeenprograaaa's Natuurkunde (WEN>

van de onderzoeksresultaten kennis •oeten neeen.

- 16 -

In het EPEP-VWO worden een aantal aandachtsvelden geforauleerd waarin de

algemene onderwijsdoelen zijn terug te vinden. De nuaaering in dit verslag

is dezelfde als die welke wordt gebruikt in het EPEP-VWO.

Al: de omgeving van de leerling waarin natuurkundekennis relevant is.

A2: belangrijke wetenschappelijke ontwikkelingen waar natuurkundekennis

relevant is.

A3: historische aspecten van de natuurkunde in relatie tot de

maatschappij.

A4: de .wetenschapsfilcsofische en aaatschappelijke aspecten van het

bedrijven van de natuurkunde.

A5: de natuurkunde in studie en beroep.

In Al en A2 vinden we terug de aandacht voor de persoonlijke ontwikkeling

van de leerlingen, terwijl A3 en A4 zijn verbonden aan kennisaaking aet

wetenschapsbeoefening.

Naast de aandachtsvelden vinden we in het EPEP-YWO 7 gebieden waarin

fysische k~nnis relevant is. Deze zijn:

61: Fysica van het aenselijk lichaam.

62: Technologie en toepassing: de afweging van effecten.

63: Energievoorziening en energiegebruik.

64: Mechanisati~ en autoaatisering.

G5: Inforaatie-overdracht van bron naar ontvanger.

66: Het verkennen van aarde en ruiate.

67: De ontwikkeling van de fysica.

- 17 -

Tenslotte ~orden in het EPEP-VWO 7 groepen systetatische natuurkunde

genoemd. Deze groepen bevatten een aantal basisbegrippen uit de natuurkunde

die relevant zijn in veel of zelfs alle reeds genoemde gebieden. Bij de

indeling is ten uitgegaan van de bestaande leerstoflijst. De inhoud van

deze groepen is bepaald door na te·gaan welke begrippen in aeer dan 2

gebieden nodig zijn.

De voorgestelde groepen :ijn:

51: Mechanica

$?• -· Energie

5~· ..... Trillingen en golven

54: Electrische stromen

55: Electrische en magnetische velden

56: Het deeltjes-eodel voor vaste stoffen, vloeistoffen en gassen

57: Modellen voor het atoom en de kern

Een voorbeeld van een thema is •Lijf~erk•. Hierin staat de directe omgeving

van de leerling centraal: hun eigen lichaam. Aan de leerlingen wordt

duidelijk geaaakt dat de natuurkunde vaak een ~rote rol speelt als ze bezig

zijn met sport, geneeskunde, muziek. In het the1a wordt aandacht besteed

aan de velden Al en AS en aan de gebieden 61 en SS. Het gebruik van de

computer valt onder A2 en 64 t22l. De doelstellingen die in dit theaa

vooral worden nagestreefd zijn het zelf uitvoeren van onderzoeken en het

overdragen van de resultaten van de onderzoeken aan aedeleerlingen. De

leerlingen gaan, na een algemene inleiding, in groepjes van ca. 4 een eigen

onderzoek doen op een van de 5 terreinen van het theaa: energiehuishouding,

gehoor, zien, ademhaling en geheimzinnige zintuigen.

De spireaeter-proef is een onderdeel van het onderzoek over de

ademhaling.Het hele onderzoek duurt noraaal ca. 6 lessen van 50 minuten,

waarvan de spirometer-proef 2 tot 3 lessen in beslag neemt.

- 18 -

2.1.1 Beschrijving van de spiroleter-proef.

In deze paragraaf wordt regelmatig verwezen naar de handleiding die bij de

spiroleter-proef hoort.· Deze is te vinden in de appendix 1A. In deze

beschrijving ga ik er vanuit dat dé eerste 2 pagina's van de handleiding

bekend zijn. Hierin wordt uitgelegd wat een spiroleter is, welke

ademhalingsgrootheden er mee kunnen worden geaeten en hoe deze grootheden

uit een opgenomen spirogram zijn te bepalen. Bovendien wordt de aeetmethode

uitgelegd (van volume naar getal).

In de eerste opdracht <hand-ijkingl sluiten de leerlingen de spirometer op

de AD-omzetter aan. De nulstand wordt ingesteld door de katrol aet de

potentiometer te verdraaien. Hierna volgt de ijkaeting: de tabel op het

werkblad w~rdt gevuld met aeetwaaarden. Uit deze aeetwaarden wordt langs

grafische weg de ijkfaktor bepaald.

Pas na het voltooien van opdracht 1 en het bepalen van de ijkfaktor aag de

aicro-coaputer worden aangesloten. Vooraf controleren de leerlingen het

aangesloten prograaaa-cartridge en het verbinding1snoer naar de

AD-o•zetter. Nadat de licro-colputer is aangezet 1tart het prograaaa

autoaatisch aet het presenteren van een ~itelpagina. Daarna verschijnt er

een aenu op het beeldscher• aet 5 keuze•ogelijkheden. In de handleiding

staat over dit aenu enige uitleg.

De tweede opdracht is in wezen hetzelfde als opdracht 1, alleen worden de

aeetwaarden nu verzameld aet behulp van de aicro-coaputer

(co•puter-ijking>. De aicro-coaputer geeft op het beeldscher• ook aan welke

handelingen de leerlingen aoeten verrichten:

•zet de klok in de stand 3 liter•

•druk daarna op R (ready>u

- 19 -

Als de meting in de stand 6 liter is verricht, wordt_ automatisch de

ijkgrafiek op het scherm getekend en de beste rechte lijn door de

meetpunten <via een kleinste-kwadraten-methode>. De helling van de lijn <=

ijkfaktorl wordt eveneens op het scherm gepresenteerd. Na afloop van de

computer-ijking verschijnt weer het menu op het beeldscherm.

De laatste opdracht is de belangrijkste uit de proef. Hierin worden <in 2

gedeelten> metingen aan de longvolumes uitgevoerd. De leerlingen kiezen een

aantal samples per seconde en een totale tijdsduur van de meting. Ze worden

gecorrigeerd als er meer dan 500 meetpunten nodig zijn. Hierna volgt op het

scherm een herinnering aan het verversen van de lucht in de spirometer en

aan het gebruik van de neusklem. Deze klem moet worden gebruikt omdat er

anders lucht weglekt via de neus. In de handleiding staat beschreven op

welke manier er moet worden in- en uitgeadead.

Tijdens de meting wordt op het beeldscherm het spirogram getekend. Het

begin en eind van de aeting wordt met een pieptoon begeleid. Het is niet

mogelijk een reeds gestarte meting af te breken.

De eerste meting wordt gebruikt om het ademvolu•e, de ademfrequentie en de

vitale capaciteit te bepalen. Hierbij worden de leerlingen geholpen door de

computer. Met een kruisje dat op het scherm over het spirogram beweegt kan

worden aangegeven op welke plaatsen in het spirogram •eetpunten liggen. Uit

deze meetpunten worden de gewenste ademhalingsgrootheden bepaald. De

meetpunten zijn <afhankelijk van de grootheid die wordt bepaaldl extremen

in het spirogram, of twee punten op een flank. In som•ige gevallen voert

het coaputer-programma nog enkele tests uit op de aangegeven meetpunten.

Als de aangegeven punten aan de vereiste voorwaarden voldoen, dan volgt

automatisch de berekening van de gewenste waarde. De voorwaarden

verschillen, afhankelijk van de grootheid die moet worden bepaald. B.v. bij

de bepaling van het ademvolume moeten minstens 3 meetpunten worden

aangegeven, waarbij de verschillen tussen 2 opeenvolgende •eetwaarden

steeds van teken moeten wisselen.

- 20 -

Er volgt een foutmelding als niet aan de:e voorMaarden is voldaan. Hierbij

wordt meestal ook aangegeven om wat voor soort fout het dan gaat.

B.v. •te weinig extremen".

De tweede aeting wordt gebruikt om de •seconde-capaciteiten• te bepalen.

Dit gaat op een analoge aanier als het bepalen van de vitale capaciteit

[:ie de handleiding in appendix 1AJ.

2.2 Spirometrie: fysica, toegepast in de geneeskunde.

Toen de keuze werd geaaakt ca als computer-experiaent de spireaeter-proef

te gebruiken (zie 1.5> werden er door de docenten een aantal kanttekeningen

geaaakt. De belangrijkste hiervan was dat aen de proef aeer in een

biologie-praktikue vond passen dan in een natuurkunde-praktikua. Zoals af

te leiden valt uit 2.1 geldt dit eisschien voor het traditionele

natuurkunde-onderwijs, aaar niet voor het VNO-bovenbouw-project. Daarin is

de fysica van het eigen lichaam één van de gebieden waar het curriculu•

aandacht aan besteedt.

- 21 -

Het is weliswaar ze dat het •cbjectu waaraan wordt gemeten !lengen,

ademhaling> thuishoort bij de biologie, de meting zelf daarentegen is toch

weer een stukje fysica. Er wordt fysische meetapparatuur gebruikt bij de

•eting en de werking van de opstelling (de spirometer> is gebaseerd op

fysische principes. Denk hierbij aan de gaswetten en aan een stukje

•echanica als het er om gaat de volume-verandering van de lengen in verband

te brengen met de verplaatsing van de klok, en deze weer met de draaiing

van de katrol. Elektriciteitsleer wordt gebruikt bij de omzetting van de

draaiing via de katrel naar een spanning door de potentiometer. De

technische kant van de spirometer (o.a. de kleppen) is eveneens een

onderwerp dat niet bij de biologie, maar bij de natuurkunde thuishoort.

Als we denken aan onderzoeksvaardigheden die kunnen worden onderscheiden

bij het uitvoeren van een experiment komen zaken als het correct aansluiten

van praktikum-apparatuur aan de orde. Het koppelen van de spirometer aan de

AD-omzetter en aan de micro-computer behoort tot deze categorie. Ook aceten

de leerlingen ervoor zorgen dat de instelling van de spirometer aan

bepaalde eisen voldoet <de potentioaeter mag niet in de uiterste standen

worden gebruikt, over het hele bereik waar de spirometer wordt gebruikt,

moet er een lineair verband bestaan tussen de span~ing ~ie door de

AD-oazetter wordt gemeten en het volume onder de klok>.

Bij de uitvoering van de metingen zullen instruaenten correct eoeten worden

afgelezen !stand van de klok en de AD-omzetter>. Daarnaast aceten de

aeetgegevens op een overzichtelijke manier werden genoteerd, zodat er bij

de uitwerking van het experiment •et succes gebruik van kan worden gemaakt.

Bij de uitwerking van de proef kunnen we ook spreken van vaardigheden die

bij vrijwel ieder natuurkunde-praktikum te vinden zijn. Het tekenen van een

grafiek (de ijkgrafiekl, het tekenen van een rechte lijn door een aantal

meetpunten en het bepalen van de helling van deze rechte <de ijkfaktor>,

zijn wezenlijke onderdelen van een normale praktikum-prcef. In dit stadium

zullen de leerlingen ook hun resultaten moeten toetsen aan hun

verwachtingen !is de ijkgrafiek inderdaad een rechte lijn?>, en zullen ze

conclusies moeten trekken uit de verkregen resultaten. Hierbij speelt ook

de nauwkeurigheid van deze resultaten een rol.

- 22 -

Ook bij het opnemen en verwerken van de spirogramaen zijn duidelijk

praktikuavaardigheden te herkennen. Het ademhalen aoet op aen bepaalde

aanier gebeurtn oa de gewtnstt aetingen tt kunntn uitvoeren. Aan de hand

van de automatisch verkregen grafiek aoet worden beoordeeld of de aeting

zinnige resultaten kan opleveren. Tenslotte aceten in het spirogra• op de

juiste wijze aeetpunten worden aangegeven, waaruit autoaatisch de gewenste

grootheden worden berekend.

2.3 Toegevoegde kenmerken spirometer-proef door aicro-coaputer~

De spireaeter-proef werd in eerste instantie gebruikt aet een x-t-schrijver

als registrerend instrument. De spanning die door de potentiDaeter wordt

afgegeven werd gebruikt 01 een spirograa te tekenen. In principe zijn aet

deze aethode dezelfde aetingen te verrichten als bij het gebruik van ten

micro-computer om de spanningen van de potentioaeter te registreren. Welke

~oordelen heeft een aicro-coaputer dan boven een x-t-schrijver bij deze

proef?

1. Een van de belangrijkste arguaenten koat voort uit de doelstellingen

van het VWO-bovenbouw-project. Zoals in 2.1 al gezegd is, zal in het

curriculua dat wordt ontwikkeld aandacht eoeten worden bestted aan

aodernt natuurwetenschappelijke ontwikkelingen CA2), en aan

autoaatisering CG4l. Door een aicro-coaputer te gebruiken voor de

rtgistratie wordt het ook aogelijk in het praktikua aan deze

onderwerpen aandacht te besteden.

- 23 -

In de computer-versie van de proef komen de begrippen AD-omzetting en

bemonstering van een signaal nadrukkelijk aan de orde. In het eerste

gedeelte (de ijking) werken de leerlingen zelfs alleen aaar •et de

spirometer en de AD-oazetter, terwijl de micro-coaputer niet wordt

aangesloten. Dit is mogelijk omdat de gebruikte AD-oazetters een

ingebouwd display hebben waarop de deciaale notatie van de binaire

omzetting wordt getoond. Weliswaar wordt in de handleiding niet

gesproken over analoog-digitaal-omzetting, maar over een vertaling van

een spanning naar een getal, maar dit doet niets af aan het principe

van digitalisatie.

Het begrip bemonstering <sampling> speelt wel een veel expliciete rol

in de proef. In de handleiding (zie appendix lAl wordt het begrip

"sample-rate" uitgelegd en aet figuren toegelicht. Tevens wordt

duidelijk gemaakt dat de micro-computer met vaste tussenpozen een

getal ophaalt bij de AD-omzetter. Ook is geprobeerd aet deze figuren

duidelijk te maken dat snelle veranderingen in een signaal een hoge

sample-rate vereisen. De leerlingen aceten bij het uitvoeren van de

proef zelf een waarde kiezen voor de saaple-rate. Wel staan er voor de

2 onderdelen waarvoor dit van belang is advieswaarden in de

handleiding.

Aan het onderwerp automatisering wordt uiteraard al aandacht besteed

door het uitvoeren van de proef met behulp van een aicro-coaputer.

Daar komt nog bij dat de •anier waarop •et de coaputer wordt gewerkt

eveneens een aspect van autoaatisering belicht. De leerlingen

comaunieeren op drie •anieren aet de aicro-coaputer:

Ze maken keuzes uit de onderdelen van de aenu's,

Ze voeren gegevens in vanaf het toetsenbord.

Ze gebruiken •funktie-toetsen" voor bepaalde taken.

Deze drie aspecten van programma-besturing zijn Cnaast een aantal

specifieke aethoden als lichtpen, muis e.d.> in vrijwel alle

professionele software terug te vinden.

- 24 -

2. Het gebruik van een aicro-co•puter zorgt ervoor dat de proef sneller

vtrloopt dan aet een x-t-schrijver. Dit geldt aindtr voor de aetingen

zelf dan voor de uitwerking ervan. Leerlingen ervaren dit zelf bij het

ijken van de spiroaeter. Eerst gebeurt dit aet alleen de AD-oazetter.

Ze moeten dan zelf een ijkgraiiek tekenen en hieruit de ijkfaktor

bepalen (zie 2.1.1>. Deze uitwerking kost steeds ca. 11 ainuten. Na

het aansluiten van de aicro-coaputer wordt er nogaaais geijkt, aaar nu

wordt de uitwerking autoaatisch uitgevoerd. Deze uitwerking kost

slechts ca. 1S 'econden, waarvan het grootste deel nog nodig is voor

het tekenen van de grafiek op het beeldschera.

Deze snelle verwerking van de aeetgegevens heeft als voordeel dat

leerlingen er snel achter koaen of een aeting juist is. Er is dan nog

voldoende tijd over om de aeting te herhalen. Dit kan bijna niet aeer

als er in•iddels veel tijd is besteed aan het aflezen van spanningen

in het getekende spirograa en de oarekening ervan naar voluaes.

Een tweede voordeel van de snelheid bij de uitwerking is het feit dat

er nu in een lesuur meerdere aetingen kunnen worden verricht. Iedere

leerling kan zijn of haar eigen spirograa opneaen en het ook heleaaal

verwerken.

3. Door de aicro-coaputer wordt geen papier verbruikt. Hoewel dit slechts

zeer beperkte voordelen liJkt te hebben, is het een voorwaarde voor

een veel belangrijker aspect: de leerlingen zijn niet bang ca een

onjuiste aeting te doen. Er kunnen geen verwijten worden geaaakt over

verspilling van <toch redelijk kostbaar) ailliaeter-papier.

- 25 -

Het komt regelmatig voor dat leerlingen onjuiste mètingen doen. Door een

onjuiste keuze van de sample-frequentie zijn de spirogrammen niet duidelijk

genoeg, de meettijd is te kort gekozen, de wijze van ademhaling is niet

geschikt voor de bedoelde meting, de neusklem is vergeten af de

proefpersoon is aan het lachen gemaakt door medeleerlingen. De hierboven

genoemde punten 2 en 3 maken het mogelijk dat deze fouten snel kunnen

worden hersteld door een nieuwe meting uit te voeren. De leerlingen kunnen

dit doen :onder dat ze bang hoeven te zijn dat ze in tijdnood komen of dat

:e een verwijt krijgen over het verbruikte papier. Een hele geruststelling

voor ze.

Uiteraard mogen de werkzaamheden die door de micro-computer kunnen worden

overgenomen niet uit het hele onderwijs verdwijnen. Leerlingen zullen eerst

;elf een grafiek moeten kunnen tekenen voordat dit automatisch :al1ogen

gebeuren. Ook geldt dit voor het aflezen van instruaenten en grafieken.

Leerlingen moeten leren inzien dat de computer een hulpmiddel is dat

weliswaar :eer nuttig kan zijn, aaar: dat ze alleen kunnen gebruiken als :e

de handelingen die worden overgenomen begrijpen en zelf zouden kunnen

uitvoeren. De computer kan hen helpen 01 de aandacht bij de fysica te

houden, zonder te worden afgeleid door rekenwerk dat ze al beheersen en

waar ze dus weinig van leren.

2.4 Een nieuwe handleiding.

De scholen die hebben deelgenoaen aan het veld-experi•ent gebruiken de

thema's van het VWO-bovenbouw-project niet. Oadat we ook slechts

gefnteresseerd waren in de effecten van de spirometer-proef, en niet in

het thema als geheel, was het niet nodig dat de leerlingen het hele thema

uitvoerden. Wel betekende dit dat er een nieuwe praktiku•handleiding moest

worden geschreven. Daarbij hebben een aantal argumenten een rol gespeeld.

- 26 -

1. De beschikbare tijd voor het uitvoeren van de p..roef is niet 2 a 3

lessen, zoals gebruikelijk is in het theaa Lijfwerk, maar slechts

(ruia> lesuur.

2. De leerlingen zijn vrijwel niet gewend aan nogal uopen• opdrachten,

zoals ze in het themaboek voorkomen.

3. De leerlingen hebben geen criinterende lessen gehad.

4. De leerlingen zijn niet gewend om achtergrond-informatie te krijgen

over de toepassing van de metingen die ze doen.

Gekozen is daarom voor een handleiding aet sterk sturende opdrachten. De

vrijheid van het "eigen onderzoek" is daar~cor wat beperkt. Opgeaerkt aoet

worden dat in het theea Lijfwerk deze vrijheid geen doel op zich vorat,

aaar dat ook daar het onderzoek sterk gestructureerd is. In andere theea's

wordt aeer de nadruk gelegd op het zelf opzetten van een onderzoek.

In de handleiding is naast de sturende opdrachten een korte, aaar vrij

volledige inleiding geschreven. Hierin koaen alle begrippen die bij de

uitvoering van de proef een rol spelen aan de orde. Het aeetprincipe wordt

er ook in behandeld.

Oa de leerlingen een geheugensteuntje te geven is een lijst opgenoaen aet

funkties die enkele toetsen van de aicro-coaputer hebben bij het gebruik

van het coaputer-prograama.

Tot slet is er een werkblad toegeveegd aan de handleiding waarop de

leerlingen de verkregen resultaten kunnen noteren. Ook is er op het

werkblad ruiate gereserveerd voor de uitwerking van de ijkaeting die zonder

aicro-coaputer wordt uitgevoerd.

- 27 -

Er is eerst een proefversie geeaakt van de nieuwe h~ndlRiding. Deze is

uitgeprobeerd door de docenten, toen die de proef enkele weken voor het

experiment kwaaen bekijken en uitproberen. De opmerkingen en suggesties van

deze dccenten zijn zoveel logelijk ver~erkt in de definitieve versie. Deze

definitieve handleiding is te vinden in appendix lA.

Enkele onderdelen van de proefversie van de handleiding die voor

verbetering in aanmerking kwame~ staan hieronder aangegeven:

Enkele in de handleiding gebruikte ter1en zijn niet in overeenstemming

met hetgeen de leerlingen op hun beeldscherm te zien kregen.

- De ter• potentieleter is niet voldoende bekend bij de leerlingen. Een

nadere uitleg is nodig, zeker voor de HAVO-leerlingen.

- De term "sample-rate• wordt duidelijker als ze a.h.v. een paar figuren

wordt uitgelegd.

- De opdrachten •oeten nog •eer gedetailleerde instru~ties bevatten.

- Op het werkblad is 1eer rui~te in de tabellen wenselijk. Het acet

•ogelijk zijn en tweede meting te doen of gegevens te verbeteren.

- De liJst 1et funkties van toetsen kan beter op een apart blad, evt. op

een kartonnetje geplakt, los bij de opstellingen liggen.

- Er moet inforeatie worden opgeno~en over het schoon •aken van de

mondstukken na gebruik ervan.

Misschien zijn er toch ecgelijkheden om •eer a~htergrond-infor•atie te

verstrekken aan de leerlingen. Eventueel door achteraf een leestekst

mee te geven.

- 28 -

Aan de laatste opmerking is tegeleet geko1en in de ver~ van een

huiswerkblad, dat de leerlingen aan het eind van de proef 1ee krijgen.

Hierop sta•n een aantal discussie-vragen en 2 spirogram•en, waaruit

handaatig enkele longvoluaes kunnen worden bepaald. De vragen zijn bedoeld

als voorbereiding op het proefwerk·over de spiroaeter-proef. Op het

huiswerkblad staan tevens 2 tabellen met noriaalwaarden voor enkele

longvoluaes. De leerlingen kunnen hieraee een vergelijking 1aken tussen de

resultaten van aetingen aan hun ·eigen ademhaling en ge8iddelde waarden uit

de literatuur.

Verder waren er op•erkingen/suggesties over de inforiatie die door het

co•puter-progra•ma op het scherm wordt gegeven. Oadat het aanpassen van het

prograaaa teveel tijd kostte en er toch altijd nog verbeteringen logelijk

zouden blijven heben w~ deze aanpassing niet uitgevoerd. Wel kolen de

opaerkingen van de docenten terug in 3.4.3.

Tenslotte bleken de docenten meer tijd nodig te hebben voor de uitvoering

van de proef dan vooraf was verondersteld, Dit rechtvaardigde de

veronderstelling dat leerlingen, die 1inder praktiku•-ervaring hebben niet

voldoende hebben aan één lesuur. In 2.5 koa ik hierop terug.

- 29 -

2.5 Organisatie van het veld-experiment.

In 1.5 is al gezegd dat het veld-experiment is uitgevoerd tussen 14-2-1985

en 28-3-1985. Op de 3 deelnemende scholen hebben in deze periode 134

leerlingen uit 6 klassen de spirom~ter-proef uitgevoerd. Tevens zijn de

enquêtes afgenomen en is het proefwerk gegeven. Om deze aktiviteiten uit

te kunnen voeren in een periode van 6 weken is er nogal ~at organisatie

nodig. Deze periode moest beperkt zijn oadat het grootste deel van de

apparatuur (6 spirometers en 5 AD-omzetters> werd geleend. De eigenaars

zaten gedurende de hele periode zonder apparatuur.

Er is naar gestreefd om de hele groep leerlingen op één school binnen

één week de spirometer-proef te laten uitvoeren. Dit betekende dat de

proef in die week 3 of 4 keer werd uitgevoerd door steeds 10-15 leerlingen.

Allereerst is er in overleg aet de docenten afgesproken in ~elke ~eek hun

school aan de beurt ~as. Hierbij moest rekening ~orden gehouden aet

school-onderzoeken, rapportvergaderingen e.d. waardoor de docenten niet

steeds vrij waren naast hun noraale lessen. Uiteindelijk is het volgende

schema vastgesteld:

25/2 - 1/3

4/3 - 8/3

18/3 - 22/3

Eekart College

Anten van Duinkerkencollege

Hertog Jan College

Op welke dagen het praktikum zou draaien is door de docenten vastgesteld.

Hierbij speelde de beschikbaarheid van de aicro-coaputers en van een lokaal

een grote rol. Voor het klaarzetten, testen en weer opruimen van alle

opstelingen aoest eveneens voldoende tijd beschikbaar zijn. Uiteindelijk is

in de meeste gevallen gekozen voor een tijstip na de normal! lessen

<uitgezonderd op het Eekart College>. . '

- 31 -

De keuze op welke liddag een leerling de proef deed is vrij gelaten. Op een

intekenlijst waren steeds 12 plaatsen op een middag aangegeven. Hierdoor

was het mogelijk dat leerlingen de gunstigste dag konden uitkiezen,

rekening houdend met hun eigen lesrooster (i.v.a. clusters heeft niet

iedere leerling dezelfde lestijdenren eventuele aktiviteiten buiten school

<hobby's e.d.).

In de week, voorafgaande aan die waarin de leerlingen de spirometer-proef

uitvoerden, heb ik steeds een inleidende les gegeven waarin de pretest is

afgenomen en waarin de opstelling is besproken. In deze les is ook verteld

hoe het praktikum was georganiseerd. De inhoud van deze lessen wordt nader

uitgewerkt in 2.6.1. De les op het Eekart College is twee weken voor

de uitvoering gegeven i.v ••• de carnavals-vakantie.

In de week na het uitvoeren van het coaputer-experiaent door de leerlingen

is het proefwerk gegeven en is de posttest afgeno1en. Dit is gebeurd in een

gewoon lesuur. Er is niet speciaal gelet op de tijdsduur tussen de

uitvoering van de proef en het geven van het proefwerk, oadat dit ttveel

proble•en 1et zich 1ee zou brengen. Door de vrije keuze van de leerlingen

waren er op één praktikum-liddag soms leerlingen aanwezig uit twee

klassen. Uit één klas waren de leerlingen vaak verdeeld over vier

Biddagen. Als het proefwerk dan precies één week na het praktikua aoest

worden gemaakt, was het noodzakelijk 01 verschillende proefwerken te laken,

en 01 leerlingen nogmaals na schooltijd te laten blijven. Tevens 1oest de

school dan aeeraalen worden bezocht.

Oadat tijdens het praktikua de leerlingen werden geobserveerd waren er

steeds 3 personen nodig die zich aet de observatie bezig hielden. Na enige

problemen is het uiteindelijk gelukt om hiervoor voldoende gegadigden te

vinden. Naast de ledewerking van 2 leden van de afdeling Didaktiek

Natuurkunde in Amsterdaa en 2 stagiairs in de vakgroep Didaktiek

Natuurkunde in Eindhoven hebben 3 studenten via de vakgroep Algemene

Onderwijskunde van de THE hun ledewerking aangeboden, in ruil voor het

kunnen beschikken over de informatie van de enquêtes. Tenslotte heeft een

goede vriend en ex-stagiair in de vakgroep Didaktiek Natuurkunde de lAatste

plaatsen opgevuld.

- 31 -

De video-opnames zijn gemaakt door een medewerker van de bedrijfsgroep

praktika van de afdeling natuurkunde van de THE. Hiervoor is gebruik

gemaakt van de apparatuur van de vakgroep Didaktiek Natuurkunde (Philips

VCR 1500 met zwart/wit camera).

2.5.2 Organisatie van het praktikum.

Het praktikum is steeds uitgevoerd in het coaputer-lokaal van de school of

in een praktikum-lokaal van de sektie natuurkunde. Meestal werden deze

lokalen tijdens andere lesuren normaal gebruikt. Dit hield in dat de

opstellingen voor de spirometer-proef vrijwel iedere dag moesten worden

klaargezet en weer worden opgeruimd. Bovendien zijn iedere dag alle

opstellingen zo volledig mogelijk gecontroleerd om problemen aet de

apparatuur tijdens het uitvoeren van de proeven tot een miniaum te

beperken. Voor al deze handelingen ~as steeds ongeveer 1 uur nodig. Hierbij

is dan wel vrijwel steeds aet 3 personen tegelijk gewerkt.

Er is naar gestreefd om de begeleiding van de leerlingen over te laten aan

de docenten. Omdat het praktikum meestal na de noraale lestijden werd

gehouden, is het regelmatig voorgekomen dat dit niet aogelijk was. Door

andere afspraken zoal~ rapportvergaderingen, cursussen e.d. aoest de

begeleiding worden overgenoaen door de aaanuensis of door aijzelf.

De observatoren zijn vooraf gefnstrueerd over de aanier waarop de

observatie-formulieren moesten worden ingevuld. Hierbij zijn ook afspraken

gemaakt over de manier waarop kon worden beschreven welke leerling werd

geobserveerd. Ondanks de onbekendheid met de namen van de leerlingen moest

het aogelijk zijn om achteraf met de hulp de namen te achterhalen evt. aet

de hulp van de docent. Ook zijn vaak na afloop van het praktikua aan de

leerlingen zelf hun namen gevraagd. Tenslotte is afgesproken in welke

volgorde de leerlingen zouden worden geobserveerd door de verschillende

observatoren.

- 32 -

Tijdens 5 praktika zijn er ook video-opnames ge1aakt van greepjes

leerlingen. Hierbij is er naar gestreefd per les ca. 3 groepjes te volgen,

steeds bij andere aktiviteiten:

-Uitvoeren van de ijkaeting aet de hand !groep 1).

-Uitvoeren van de ijkmeting ~et de licro-co•puter (groep 2>.

-Uitvoeren van de aetingen aan longvolumes <groep 3>.

Tijdens één van de praktikum-perioden is er een andere procedure

gevolgd: daar is één groepje leerlingen gedurende de hele proef gevolgd

bij de 3 bovenstaande aktiviteiten.

Vooral de registratie van de gesprekken die leerlingen onderling voeren is

met de video-opnames 1ogelijk. De observatoren kunnen door hun positie

t.o.v. de leerlingen wel waarneaen Of leerlingen onderling overleggen,

1aar niet waar ze het dan precies over hebben. Bovendien is de beschikbare

tijd te kort 01 het onderwerp te kunnen noteren. Tijdens de opna1es is

steeds een aicrofoon op de tafel geplaatst bij de opstelling van de groep

leerlingen die werd gevolgd. De camera stond op een verrijdbaar statief om

steeds een zo gunstig 1ogelijke positie te kunnen inneaen.

- 33 -

2.6 De presentatie van het veld-experiment aan de leerlingen.

In deze en de volgende paragrafen van dit hoofdstuk zal ik ten beschrijving

geven van de manier waarop het hele experiment is gepresenteerd aan de

leerlingen. De inleidende les wordt beschreven waarbij vooral aandacht

wordt gegeven aan de uitleg over de spirometer en over de meetmethode.

Verder wordt beschreven in welke vorm de opstelling klaar stond en wat de

leerlingen nog moesten aansluiten en instellen. De begeleiding tijdens het

praktikum komt ook aan de orde, evenals de gang van :aken tijdens het

praktikum. De nieuwe handleiding bij de spirometer-proef is al uitgebreid

beschreven in 2.4.

Tenslotte wordt nog ingegaan op de manier waarop het computer-prograama

zich presenteert aan de leerlingen en op welke wijze daarop moet worden

gereageerd.

Door de docenten is vooraf geen volledige informatie gegeven over het

praktikum. Er is aan de leerlingen verteld dat ze aan een nieuw praktikum

zouden meedoen, dat door iemand van de TH-Eindhoven werd verzorgd. "eestal

is er wel verteld dat het praktikum buiten de normale lessen werd gehouden

en dat hiervoor compensatie zou worden gegeven in de vorm van een vrij

lesuur. Er is geen informatie gegeven over het onderwerp van de

praktikum-proef, of over het feit dat er computers bij werden gebruikt.

- 34 -

2.6.1 De inleidende lessen.

Nadat ik Nas ge!ntroduceerd in de klas is direct de pretest afgenoaen. Er

is benadrukt dat de vragenlijst is bedoeld om de eigen aening van de

leerlingen te achterhalen, en niet die van de buren in de klas. Verder is

gevraagd oa de lijst vlot in te vullen, en niet te lang over een antwoord

na te denken.

Voor het invullen van de lijst hadden de meeste leerlingen 10-15 ainuten

nodig. Na die tijd is de vragenlijst opgehaald en de handleiding voor de

spirometer-proef uitgedeeld. De rest van de les is gegeven aan de hand van

deze handleiding (zie appendix lAl.

In de klas was een gedeelte van de opstelling voor de spireaeter-proef

aanwezig. De spirometer stond opgesteld saaen aet de AD-omzetter. Bij de

uitleg over de werking van de spiremeter en over de aeetaethcde (van vcluae

naar getal) is steeds de opgestelde apparatuur gebruikt voer deaonstratie.

De volgende onderwerpen zijn aan de orde geweest:

Werking van de spircaeter. Er is verteld dat de werking berust op het

feit dat er een afgesloten voluae ontstaat als je je aond tegen het

mondstuk houdt en je neus dichtknijpt. Dit vclu•e bestaat uit de

ruiate onder de klok en in de slangen en het vcluae in je lengen.

Het totale vcluae verandert niet tijdens een &de•haling. Als je

uitademt blaas je lucht uit je lengen onder de klok zodat deze naar

beven zal bewegen. Op deze aanier valt er iets te zeggen ever de

volumes van de in- en uitgeadeade lucht. De pen op figuur 1 van de handleidin9 tekent de stand van de klok als

funktie van de tijd. Dit is een zegenaald spirogram.

Ook de funktie van de kleppen bij de luchtcirculatie is uitgelegd.

Hierbij is gewezen op het gevaar van te vaak in- en uitadelen zender

de lucht te verversen.

- 35 -

- Meten met een micro-computer. Het aflezen van d~ stand van de klok kun

je ook automatisch laten doen door een micro-computer. Het aechanisme

om met een pen een spirogram te tekenen moet vrij nauwkeurig worden

ingesteld, en het is daardoor ook nogal duur. Door bij de •eting

gebruik te maken van een micro-computer kan de spirometer eenvoudiger

worden geconstrueerd. Computers kunnen echter alleen getallen lezen. Dit betekent dat we de

stand van de klok moeten vertalen naar een getal dat leesbaar is voor

een micro-computer. Deze vertaling gaat in 2 stappen.

De stand van de klok wordt via het touwtje doorgegeven aan een katrol.

Hieraan is een potentiometer bevestigd (die draait dus met de katrol

meel. De stand van de potentiometer is dus een •aat voor de stand van

de klok. Met de potentiometer wordt door spanningsdeling een spanning

geproduceerd tussen 0 en 5 V. Deze spanning is weer een aaat voor de

stand van de klok. Als laatste stap wordt de spanning van de potentiometer door de

analoog-digitaal-omzetter vertaald naar een getal tussen 0 en 255. Dit

getal is zichtbaar op de display van de AD-oazetter en kan worden

gelezen door een micro-computer.

- Meten aan je ademhaling. In de figuren 2 en 3 van de handleiding zijn

2 spirograamen getekend die het verloop van een adeahaling laten zien.

Uit zo'n spirograa kun je een aantal eigenschappen van die ademhaling

afleiden. Deze staan in de figuren aangegeven. Naast de adeafrequentie

(f) zijn dat het ademvolume <AVl en de vitale capaciteit <VC> in

figuur 2 en de inspiratoire- en expiratoire seconde capaciteit <ISC en

ESC> in figuur 3 Om de aangegeven grootheden te kunnen meten zijn 2

verschillende typen ademhaling nodig, zoals ook in de figuren is te

zien. Er moeten bij de uitvoering van de proef dus ook 2 aparte

metingen worden verricht.

Aan het slot van de uitleg over de opstelling en de meetmethode is de

AD-omzetter aangesloten op de spirometer. Door de klok van de spireaeter op

en neer te bewegen verandert het getal op de display van de AD-omzetter. Zo

is gedemonstreerd dat het getal op de display inderdaad een aaat is voor de

stand van de klok, en dus voor het volume onder de klok.

- 36 -

Verder zijn de leerlingen op de hoogte gebracht van de organisatie van het

praktiku~:

De proef wordt uitgevoerd in g·roepjes van 2 <sols 3> l1erlingen.

De keuze van de praktikum-middag is vrij, voor zover dit al niet door

de docenten is geregeld. - Het werkblad wordt gebruikt om de •eetgegevens op te schrijven.

- Na afloop van de proef wordt er een huiswerkblad •eegegeven.

- In de week na het praktikum wordt een proefwerk gegeven over de

spirometer-proef. Dit bestaat uit B 1eerkeuze-vragen.

- Na het proefwerk wordt er een tweede vragenlijst voorgelegd.

Er is nadrukkelijk aan de leerlingen gevraagd 01 de handleiding bij de

spirometer-proef door te lezen voordat het praktikua begint. Er is verteld

dat ze anders ca. 15 minuten langer nodig hebben 01 de proef uit te voeren.

Hierbij is nog1aals duidelijk gewezen op de onderwerpen waarop al biJ de

voorbereiding •eet worden gelet:

- Begrippen die te 1aken hebben met de ade1haling: adllfrtqutntie,

adeavolu1e, vitale capaciteit. - De vertaling van volume naar getal: dfe funktil van dt pottntia•eter.

- De verschillende typen adeahalingen dil voor de 1etingen nodig zijn.

In sommige klassen is op een paar punten afg1weken van dl hitrbaven

geschetste les. Zo is op het Eekart Colltge in beide klassen niet expliciet

ingegaan op de noodzaak o• voor de 2e bepaling <van de seconde

capaciteiten> een nieuwe •eting te doen aan een ander type ade•haling. Dit

leidde tot veel foutieve •etingen bij het praktikua. In de latere lessen op

beide andere scholen is wel aet nadruk gewezen op deze 2 verschillende

aetingen.

- 37 -

In de VWO-klas van het Hertog Jan College is extra aandacht besteed aan de

werking en funktie van de potentiometer. Dit is veroorzaakt door

opmerkingen uit de klas dat ze hier juist 1ee bezig waren in de

natuurkunde-lessen. De begrippen schuifweerstand en spanningsdeling zijn

met meer nadruk ter sprake gekomen~ Eveneens is alleen in deze klas

uitgelegd dat er een lineair verband bestaat tussen de hoekverdraaiing van

de katrol en de spanning die wordt afgegeven aan de AD-omzetter.

2.6.2 Oe spirometer-opstelling.

Bij het klaarzetten van de opstellingen is ervoor gezorgd dat iedere

opstelling op dezelfde manier is ge~repareerd:

- De spirometer was gevuld met water, de klok in de laagste stand

geplaatst en de potentiometer geheel ontregeld.

- De slangen met het mondstuk en de verbindingsdraden tussen de

spirometer en de AD-omzetter waren niet aangesloten.

- De verbindingskabel tussen de AD-omzetter en de micro-computer was

alleen aan de •icro-computer bevestigd.

Het ROM-~ack met het computer-program•a was in de micro-computer

bevestigd.

- Oe monitor was aangesloten op de micro-computer.

- Alle apparatuur <AD-omzetter, 1icro-computer en •onitorl was

uitgeschakeld.

De leerlingen moeten voor de uitvoering van de proef dus nog alle

aansluitingen maken, behalve met de micro-computer. Dit is gedaan om

beschadigingen van de computers zoveel logelijk te voorkomen. Deze waren

beschikbaar gesteld door de scholen, en de leerlingen wordt meestal niet

toegestaan om apparatuur aan deze computers aan te sluiten. Boven~ien zijn

de aansluitpunten van de gebruikte micro-computers niet gebouwd op een

minder voorzichtige behandeling. Beschadigingen aan de printplaat zijn

daarbij niet denkbeeldig (zie ook 3.4.2 en ~.3>.

- 38 -

Voor een beschrijving van een spirometer ver~ijs ik naar figuur 1 van de

handleiding bij de proef <zie appendix lA). De gebruikte spireaeters zijn

alleen af~ijkend in de ~ijze ~aarop de registratie plaats vindt. Het gaat

daarbij vooral om de aanier ~aarop ·de potentio•eter ~ordt gebruikt.

De AD-omzetters die bij de spirometer-proef worden gebruikt zijn speciaal

voor het onderwijs gebouwd door de fa. Maleberg. Het ontwerp is afkomstig

van de afdeling Didaktiek Naturkunde van de Universiteit van Amsterdam. In

feite is het zowel een analoog-digitaal-omzetter als een

digitaal-analoog-omzetter. De AD-omzetter is te gebruiken zowel

alleenstaand als in combinatie aet een aicro-coaputer; de DA-omzetter

alleen in combinatie met een micro-computer (of andere apparatuur die een

8-bits parallel signaal levert). Er is een uitgang aan~ezig aet een vaste

spanning van 5 V. Deze is aogelijk omdat de AD-oazetter een eigen

ingebouwde voeding heeft. Bovendien heeft deze apparatuur voor

onder~ijs-doeleinden nog het extra voordeel van een display. Hierop wordt

de deci1ale representatie van het binaire B-bits signaal getoond. Met een

schakelaar is het aogelijk te kiezen voor de waarde van de spanning op de

analoge ingang of voor de ~aarde van de digitale ingangen die voor de

DA-oazetting wordt gebruikt. Bij de spireaeter-proef wordt alleen de

AD-oazetter gebruikt.

Er is gebruik geaaakt van een coaputer-progra••a dat is opgeslagen in een

cartridge <ROM-pack, EPROM>. Dit heeft als grote voordeel dat het na het

aanzetten van de aicro-co•puter direct beschikbaar is en bovendiln ten

automatische start aogelijk laakt. De leerlingen verliezen dus geen

praktikua-tijd oa het progra1ma in het geheugen van de co1puter te laden

vanaf een diskette (ca. 1 ainuut) of vanaf een cassette-band <ca. 10

ainuten). Vooral als door foutieve invoer van gegevens of door storingen in

de apparatuur de aicro-coaputer totaal stuurloos wordt, zal dit voordeel

zwaar gaan wegen. Er is dan vaak niets anders aeer aogeljk dan het

uitzetten van de coaputer en helemaal opnieu~ beginnen. Door het

automatisch starten is het ook niet nodig oa de leerlingen een speciale

introductie te gevtn ~ver de handelingen die aceten worden verricht 01 het

programma te laden.

- 39 -

2.6.3 De begeleiding van het praktikum.

Zoals in 2.5.2 al is vermeld is de begeleiding zoveel aogelijk door de

docenten zelf verzorgd. In enkele gevallen zijn de leerlingen door de

amanuensis of door mij begeleid omdat de docenten niet aanwezig konden

zijn, Er is gekozen voor de begeleiding door de eigen docenten boven een

begeleiding door steeds dezelfde persoon om 2 redenen:

1. De leerlingen kunnen dan op een vertrouwd persoon terugvallen aet

vragen en problemen. Een vreemde begeleider veroorzaakt mogelijk een

extra drempel bij het stellen van vragen.

2. Begeleidng door de docenten maakt het mogelijk om over 3 observatoren

te beschikken, 1 vaste !WF> en steeds 2 wisselende observatoren.

Aan de docenten is gevraagd om de leerlingen te begeleiden zoals ze dat ook

bij andere praktika doen. Ze hebben allemaal de proef vooraf al eens

uitgevoerd, dus deze is in grote lijnen bekend. Bij het optreden van

problemen waar de docenten niet snel raad aee weten is afgesproken dat zij

de leerlingen eerst zouden verwijzen naar de ~andleiding. Mocht dit nog

niet voldoende zijn, dan zou ik zelf eventueel inspringen oa te helpen.

Hierbij gaat het dan vooral om onduidelijkheden over foutaeldingen door het

programma of over het vastlopen ervan. Bij het uitproberen van de proef

door de docenten zijn niet alle mogelijke fouten aan de orde gekomen, zodat

zij hierover niet altijd de juiste uitleg kunnen geven.

Iedere docent heeft een eigen manier van begeleiden. Ook zijn er

verschillen in ervaring met het gebruik van een aicro-coaputer. Hierdoor is

het niet mogelijk om een algemene beschrijving te geven van de wijze waarop

de leerlingen zijn begeleid. Slechts 2 globale ken•erken wil ik hier

noemen:

- in het algemeen hebben de docenten de leerlingen zelf alle handelingen

laten uitvoeren. Hierbij zijn uiteraard wel tips gegeven.

- bij problemen zijn deze meestal in een soort onderwijs-leergesprek tot

een oplossing gebracht. Vaak is hierbij verwezen naar de handleiding.

- 40 -

2.6.4 Het werken met het computer-progralma.

In deze paragraaf zal ik proberen aan te geven op welke aanier het

prograama inforaatie aan de leerlingen presenteert en op welke aanier de

gebruiker hierop moet of kan reageren. Voor een uitgebreide beschrijving

van het prograama verwijs ik naar de appendix 2.

Na het starten van het programma verschijnt er een titelpagina op het

beeldschere aet de naam van het prograaaa en de naaen van de auteurs.

Tevens wordt medegedeeld dat de spireaeter-proef een onderdeel is van het

VWO-bovenbouw-project. Daarna verschijnt het hoofdaenu op het schera <zie

figuur 2.2>.

Hieraan kunnen we zien hoe de informatie op het beeldschera in de aeeste

gevallen wordt weergegeven:

1. Een kop-regel met de aanduiding van het onderdeel van het prograaaa

waaraee wordt gewerkt.

2a. Een aenu aet een aantal keuze-aogelijkheden, die door een cijfer

worden gecodeerd. 2b. Uitleg of aanwijzingen over de bediening van de apparatuur, dan wel

vragen oa invoer van gegevens.

3. Afsluitende regel aet vaak een aanwijzing over de aanier waarop het

programaa kan worden voortgezet.

Deze wijze van presentatie is vaak te vinden bij professionele software

zoals tekstverwtrkings-pakketten en data-bases. De kopregel geeft de

leerlingen een geheugensteuntje bij hun werk, terwijl de belangrijkste

informatie in een kader is geplaatst. Er wordt ook vaak gewerkt aet tekst

in reversed video. Dit zijn dan aeestal trefwoorden die bij de uitvetring

van de proef een rol spelen. Met deze vora van presentatie worden deze

trefwoorden extra geaccentueerd.

ijkin9 van de sPirOMeter

4 111et i n9 \ler•.o~erk en

S Pro9ralllllla verlaten

wawailiitii en (9evo19d door RETURN)

- 41 -

1'1 EN U

Afdrukken van de pagina's die op het beeldscherm verschijnen zijn in de

appendix 2 opgenomen. Hieraan is duidelijk te herkennen op welke wijze het

programma •eet worden bestuurd:

-Het maken van een keuze uit de 2 •enu's gaat steeds aet het intoetsen

van de bijbehorende ééncijferige code, gevolgd door de

RETURN-toets. Hierdoor is het •ogelijk o• een eventuele foutieve

invoer nog te herstellen. Dit kan niet •eer als de bevestiging aet de

RETURN-toets is gegeven.

- Bij het doorlopen van een reeks pagina's aet een vaste volgorde (b.v.

aet infor•atie over de progra••a-besturingl wordt geen bevestiging aet

de RETURN-toets gevraagd, maar is de intoetsing van C <continue)

voldoende. Hierbij is dus geen herstel van een voorbarige invoer

aogelijk.

Op vragen om invoer van gegevens als de sample-rate, de meettijd of de

ijkfaktor moet de gebruiker reageren eeE'een getal (in A1erikaanse

notatie: een decimale punt in plaats va~~en komma>, gevolgd door de

bevestiging met RETURN. Een foutieve invoer is dus weer te herstellen.

- 42 -

Er zijn een paar toetsen op het toetsenbord die in enkele situaties

een speciale funktie hebben. Hierboven is al genoemd de C-toets om een

reeks pagina's te doorlopen. Bij de computer-ijking wordt door het

gebruik van de R-toets aangegeven dat de spirometer is ingesteld in de

gevraagde toestand. Een meting wordt gestart door de toets S in te

drukken. Tenslotte worden bij de verwerking van een spirogram de

cursor-toetsen gebruikt om meetpunten in de grafiek aan te geven. De

RETURN-toets dient weer als bevestiging van een aangegeven punt.

- 43 -

hoofdstuk 3. Evaluatie spiroaeter-proef, inleiding.

In 2., is al aangegeven op welke aanier het veld-expariaent is

georganiseerd en welke evaluatie-aethoden er zijn gebruikt. In dit

hoofdstuk worden deze evaluatie-aethoden (enquêtering, proefwerk,

observatie en video-opna•es) uitgebreid behandeld. Tevens worden de

resultaten van de evaluatie gegeven.

Achtereenvolgens koeen aan de orde:

3.1 Enquêtering en het proefwerk

3.2 Video-opnaaes

3.3 Observaties

3.4 Vergelijking van de evaluaties en conclusies

Tenslotte wordt nog ingegaan op de ervaringen die zijn opgedaan aet het

gebruik van deze proef in een klasse-situatie. Daarbij wordt eveneens

beschreven hoe de apparatuur en het co1puter-prograaaa heeft gefunktioneerd

tijdens het praktikua.

3.1.1 Enquêtering van de leerlingen.

Met het gebruik van coaputer-experiaenten in het natuurkunde-praktiku•

wordt o.a. beoogd het beeld dat leerlingen krijgen van de natuurkunde als

wetenschappelijke aktiviteit up-ta-date te houden. Als we willen weten of

dit doel tot op zekere hoogte wordt bereikt aet een enkel

coeputer-experiaent aceten we proberen een idee te krijgen welk beeld de

leerlingen hebben resp. voor en na het coaputer-experiaent. Ik heb daarvoor

aan de leerlingen die deelnamen aan het veld-expariaent twee •aal een

enquête voorgelegd.

; '

- 44 -

De eerste keer dat de leerlingen werd gevraagd de eriquite in te vullen

wisten ze nog niet wat er van hen werd verwacht bij het praktikua. Ook was

de inleidende les over de spireaeter-proef nog niet gegeven. Bovendien was

aet de docenten afgesproken vooraf niet te vertellen dat het oa een

praktikua gaat waarbij een coaputer wordt gebruikt. Daaroa aag worden

verondersteld dat de leerlingen op het aoaent van de pretest geen speciale

voorbereiding hebben gehad. Ze aogen dus worden beschouwd als

doorsnee-leerlingen van HAY0-4 en YW0-5 van 3 scholen in Zuid-Nederland.

De posttest is afgenomen nadat de hele klas het praktikua had uitgevoerd,

na afloop van een proefwerk over de spiroaeter-proef. Deze tweede enquête

was bedoeld oa het beeld te bepalen dat de leerlingen hebben t.a.v. het

colputer-gebruik in de natuurkunde en techniek na een coaputer-experiaent.

Door de antwoorden van de leerlingen op de vragen van de pretest en

posttest aet elkaar te vergelijken is geprobeerd veranderingen in dit beeld

aan te tonen.

Het proefwerk is gegeven om vast te stellen wat de leerlingen van de

spireaeter-proef hebben geleerd. Hierbij gaat het zowel oa begrippen die te

aaken hebben aet de ademhaling, om praktikua-vaardigheden en oa begrippen

aet betrekking tot autoaatisering van experiaenten.

De verwerking van de antwoorden op de enquêtes en op de proefwerk-vragen

is uitgevoerd aet een coaputer-prograaaa voor statistische analyse: SPSS

<Statistica! Package for Social Sciences), Hiervoor is gebruik geaaakt van

de versie die beschikbaar is op het Burroughs-7911 systeea van het

Rekencentrul van de TH-Eindhoven [211.

3.1.2 Keuze van de enquête-vragen.

Naast het •eten van het beeld dat leerlingen hebben van teaputer-gebruik in

natuurkunde en techniek was het gewenst enige achtergrond-inforaatie te

hebben over de leerlingen. Met name de houding t.a.v.

natuurkunde<-praktikum) en de ervaringen aet teaputers waren belangrijk,

Tevens was de aening van de leerlingen ever het gebruik van teaputers in de

aaatschappij aogelijk een belangrijke variabele.

Ook de evaluatie van de spirometer-proef zelf en de daarbij geschreven

praktikum-handleiding is •eegenomen in de enquêtes. Hierbij gaat het o• 2

aspecten:

- Begrijpen de leerlingen de inforaatie die wordt gegeven op het

beeldscherm en in de handleiding?

Neemt de coaputer aogelijk zoveel aandacht in beslag dat de leerlingen

niets leren van de proef?

Op basis van bovenstaande uitgangspunten zijn de vragen voor de beide

testen opgesteld.

In verband 1et de auto•atische verwerking van de antwoorden hebben we

gekozen voor enquêtes in de var• van een lijst •et beweringen. De

leerlingen konden op een 5-puntsschaal aangeven in welke 1ate ze het aet

een bewering eens waren <1= oneens, 5= aee eens), O• de leerlingen niet te

lang bezig te laten zijn aet het invullen van de enquête (aaxiaaal 15

ainuten) is het aantal beweringen beperkt tot ca. 25 • De twee enquêtes

worden hier apart beschreven, allereerst de pretest. Deze is apgenoaen in

de appendix lC.

- 46 -

De beweringen zijn verdeeld over ~ groepen:

1: 4 beweringen over natuurkunde<-praktikum> in het algeaeen

2: 4 beweringen over ervaringen aet coaputers

3: 6 beweringen over laatschappelijke aspecten van co1putergebruik

4: B beweringen over coaputergebruik in de natuurkunde in het algeaeen en

over logelijkheden van computers in experiaentele situaties in het

bijzonder

5: 4 beweringen over computergebruik bij natuurkunde-praktikua

Groep 1 is bedoeld om informatie te verkrijgen over de houding van de

leerlingen t.a.v. het vak natuurkunde en het natuurkunde-praktikul. Uit de

beweringen van leerlingen uit groep 2 hopen we te weten te ko1en hoeveel

ervaring ze hebben aet het gebruik van 1icro-co1puters. Groep 3 kan

informatie geven over de leningen van de leerlingen over de

laatschappelijke aspecten van coaputer-gebruik. De groepen 4 en 5 voraen de

feitelijke •eting van het beeld dat leerlingen hebben van het gebruik van

co~puters in de natuurkunde en techniek. Hierbij is groep 4 eigenlijk nog

onderverdeeld in de onderwerpen:

- de 1ate van co•putergebruik in de natuurkunde

- de aogelijkheden van colputers in het algeleen

- de logelijkheden van computers io experi•entele situaties

De verdeling van de beweringen over de groepen wordt hieronder aangegeven.

Hierbij zijn de coderingen gebruikt die bij de verdere analyse •et het

pakket SPSS zijn gebruikt. De pretest heeft als codering de letter A

gevolgd door het rangnu11er van de bewering op de vragenlijst <zie appendix

1C>

- 47 -

groep I : 1. Natuurkunde-praktikua ia leuk

2. Natuurkunde is een -ilijk vak

3. Het verslag Yan een natuurkunde­prakti.ltua Mak ik •t plezier

4. Het Yeralag alten nn een natuur­kunde-praktikua is nuttig

groep 3: 10. Een caçuter ..akt nooit fouten

groep 5:

11. Coltputera vorMD een bedreiging voor de priYaCJ

12. Bijna alle .enselijke werkzaamheden kunnen .eel sneller en nau~uriger door een c011puter worden gedaan

11. C.a.putera hor~n in N'ft :r.irkenhuhc niet. thui11

14. Bet aebruik nn COIIPUters op ac:hool ... kt de leerstof veel duidelijker

21. Bij een natuurkunde-praklikum is een c011puter handig voor de berekeningen

24. Door het gebruik van ca.puters bij een natuurkunde-praktikua kun je in 6én uur .eer Htingen doen

25. Als je computers gebruikt bij een natuurkunde-praktikUil ben je 11et tnfo~ti.ca bezig in plaats van 8et nnt uurkundc•

:lb. Kij L'Cn natuurkunde-pnakL ikUla iH een c011puter handig voor het tekenen van grafieken

groep 2: 5. Ik heb nooit •t een c:oçuter gewerkt

6. Verken •t een ~puter ia l~uk

7. Ik beb zelf een caçuter

" 8. Proar-ren van een c011puter ia leuk

9. Coltputera zijn een belangrijke oor­zaak Yan de werkeloosheid

groep 4: 15. In de natuurkunde spelen caçuters geen rol

16. Bij natuurkundig onderzoek ben je aangevezen op c011puters

17. Hel een c011puter kun je alleen verken als je •eel afweet van elektronica

l8. Digitale .eters zijn nauwkeuriger dan analoge .eters

19. Het is •bv. een c011puter .ogelijk de t .. peratuur Yan je ta-er te registreren

20. Het geheugen van een COIIPUter ia hen­di& bij .. tingen

21. Colçuters zorgen ervoor dat proef­opstellingen een•oudiger worden

22. CO.puters zijn geschikt 011 langzame verschijnselen te registreren

Aan het einde van de lijst is er nog een open vraag opgeno•en die bestaat

uit drie onderdelen. In ieder onderdeel wordt gevraagd een schatting te

geven van een grootheid die aet de eigen adeahaling te aaken heeft.

In de posttest koaen veel beweringen uit de pretest terug, naaelijk de

groepen 4 en 5 en de open vraag aan het einde over de schattingen van

longvolu•es. Daarnaast zijn nag 5 beweringen opgenoaen over de ervaringen

van de leerlingen bij de spirometer-proef. Deze groep vragen wordt in het

vervolg aangeduid als groep ó. De beweringen uit de posttest hebben als

codering de letter P, gevolgd door het rangnu•mer van de bewering (zie

appendix 1C). Door onbekende oorzaak is de bewering 21 uit de pretest niet

opgeno•en in de posttest, zodat groep 4 niet in zijn geheel is herhaald.

- 48 -

groep 6: 1. COlliputers moeten -er gebruikt worden bij het uatuurltuacie-pralttiltl.llll ·

2. Dit aoort pralttilta zou ilt ooit in andere .valtlteu villen hebbeu

3. De handleiding bij de proef vas duidelijk

4. De aanwij zingen op het acherm varen duidelijk

S. Het hoeveel leerlingen zou je volgens jou deze proef bet beste ltUDUen uitvoeren

Bij de keuze van de beweringen is er alleen op gelet dat de onderwerpen

waar de beweringen over gaan elkaar onderling weinig overlapptn, en dat

enkele voor dt hand liggtnde punten opgeno•en zijn. B.v. ten van de

beweringen in groep 3 gaat over de invloed die coaputers htbben op de

werkgelegenheid; een vraag over de ervaringen aet coaputers is: bezit een

leerling zelf een coaputer?

Er is niet speciaal gelet op het stellen van de beweringen in bevestigende

of ontkennende bewoordingen. Er zijn dan ook geen controles op consistentie

opgenoaen in de testen.

De beide testen zijn niet vooraf uitgeprobeerd op een kleine groep

leerlingen. De reden daarvoor is dat de groep leerlingen die deelneeat aan

het veld-experiaent al klein is (134 leerlingen) oa algeaten geldende

conclusies te kunnen trekken. Dit verbetert niet of nauwelijks als de

testen worden uitgeprobeerd op een nog kleinere groep leerlingen. De

eigenschappen van zo'n groep befnvloeden de aeting te sterk oa op grond

van de relulti~en van het uitproberen te kunnen stellen dat door bepaalde

verande~ing•ri~Bi testen verbetéren.

- 49 -

3.1.3 Keuze van de proefwerkvragen.

Evenals bij de keuze van de beweringen in de pre- en posttest hebben er bij

de samenstelling van de vragen van het proefwerk een aantal praktische

overwegingen een rol gespeeld:

1. De tijd die nodig is om het proefwerk te •aken •oet beperkt blijven.

2. De antwoorden •oeten auto•atisch kunnen worden verwerkt.

Er is dan ook gekozen voor een proefwerk dat uit 8 •eerkeuze-vragen

bestaat. Dit proefwerk is opgenomen in de appendix lE.

De onderwerpen van de vragen zijn zoveel •ogelijk gespreid over alle

onderwerpen die bij de spiroleter-proef aan de orde ko•en. Het proefwerk is

ook bedoeld o• te onderzoeken of de fysica van de proef niet wordt

verborgen door het gebruik van een •icro-co•puter. Daaro• is er bij het

opstellen van de vragen speciaal aandacht gegeven aan het opne•en van

vragen waarbij de leerlingen iets •oeten uitwerken dat tijdens het

co•puter-praktikul door de co1puter wordt gedaan.

Bij vraag 1 •oeten de leerlingen een berekening uitvoeren die bij het

praktiku• ongevraagd door de micro-co•puter •ordt ge•aakt. Uit de

adelfrequentie (f) en het ade•volu•e <AVI •oet het ade•-•inuut-volu•e <A"V

= f•AVI worden berekend. Vraag 2 gaat over het toepassen van het begrip

vitale capaciteit. Als leerlingen hebben begrepen dat deze grootheid

sa•enhangt •et de •axi•ale inhoud van de longen, zal de beantwoording van

de vraag geen proble•en opleveren.

Vraag 3 is van dezelfde soort als vraag 2, alleen gaat het nu over de

seconde-capaciteiten. Het inzicht dat seconde-capaciteiten in relatie staan

•et de weerstand van de luchtwegen speelt bij de beantwoording een rol. De

vragen 4 en 5 gaan specifiek over de •eet-•ethode bij een auto•atische

•eting •et een micro-computer.

- ~~ -

In beide vragen speelt het begrip saaple-rate een rol. In vraag 4 gaat het

oe de nauNkeurigheid Naaraee een signaal kan Norden gevolgd, in relatie tot

de saaple-rate. Vraag 5 betrekt de eigenschappen van de coaputer (of van

het progra•aa> zelf erbij. De leerlingen aoeten de aaxiaalt aeettijd

berekent als de opslagcapaciteit voor aeetpunten beperkt 11.

In de vragen 6 - 8 Nordt het toetsen van de vaardigheid •aflezen van

grafieken• gecoabineerd aet het toetsen van begrippen die te aaken heben

aet de uitvoering van de proef. In vraag 6 is dit de ijking, in vraag 7 het

begrip ade•voluae en in vraag 8 het begrip expiratoire seconde capaciteit.

Ook het proefNerk is niet vooraf uitgeprobeerd door leerlingen. Hiervoor

gelden dezelfde arguaenten als bij de pre- en posttest.

3.1.4 Welk beeld hebben leerlingen van computer-gebruik.

In deze paragraaf Nordt geprobeerd oa, uitgaande van de gegevens uit de

pretest, een beeld te schetsen van de aeningen van de leerlingen over het

gebruik van co•puters. De verdeling van de antNoorden op de vragenlijsten

is in de vora van histograaaen in de appendix 3 opgeno•en. In de tabellen

in deze paragraaf staan alleen de ge•iddelde score en de

standaard-deviatie. De antNoorden van de leerlingen zijn in vrijMil alle

gevallen gegeven in de vora van een score op een 5-punts-schaal. Er heeft

geen hercodering plaatsgevonden voor beNeringen die in ontkennende var•

zijn gesteld.

- 51 -

De groep van 134 leerlingen is afkolstig uit de 4e klas HAYO (35 11.) en de

5e klas YWO <99 11.>. Er deden 41 leisjes en 93 jongens 11e.

x a

NAT 6,2 1,2

WIS 6,S 1,4

NED 6,4 0,9

SCH 6,4 1,3

Al 4,0 o.s A2 3,2 1,2

A3 2,3 1,1

A4 3,6 0,9

tabel. ].1: rapportcijfe'1'8 en pNuatvra.gen Al - A4 ••

De rapportcijfers geven een nor1aal beeld te zien. Er zijn geen

oplerkelijke verschillen gevonden 1et eerdere onderzoeken [21 en 2Bl waarin

de cijfers voor het school-onderzoek en het centraal schriftelijk

eindexaeen zijn opgenoaen. De leningen van de leerlingen zijn verdeeld

o1trent de vraag of het vak natuurkunde loeilijk is <A2>. Vrijwel alle

•ogelijke scores worden ongeveer even frequent gekozen. Het geliddelde

wijkt niet duidelijk af van de neutrale score <= 3). "en vindt het

praktiku• wel leuk <Al), al geldt dit wat 1inder voor het laken van het

verslag <Al>. De 1eeste leerlingen vinden dat het laken van een verslag

redelijk nuttig is <A4).

x a x a

AS 3,0 1,S A16 2,4 1,1

A6 4,0 1,1 Al7 1,5 o.s A7 0,26 0,44 AlS 4,1 1,3

AS 3,S 1,2 A19 3,9 1.3

A9 3,0 1,2 A20 4,4 1,0

AlO 2,9 l,S A21 3,1 1,1

All 2,6 1,3 A22 3,9 1,1

A12 3,S 1,3 A23 4,2 1,0

Al3 1,5 o.s A24 3,S 1,1

A14 3,2 1,0 A25 2,1 1,0

AlS 1,9 1,0 A26 4,2 1,0

tabel. J. 2: pretutvragen A5 - A26.

- 52 -

Na de achtergrondgegevens uit tabel 3.1 geeft tabel 3.-2 ~e geaiddelde

scores op de vragen van de pretest die betrekking hebben op coaputers en de

spreiding van de scores. Uit de reacties op de be•eringen uit groep 2 <A5 -

AB> is duidelijk te zien dat er 2 groepen leerlingen zijn van ongeveer

gelijke grootte. Ongeveer de helft van de leerlingen heeft geen ervaring

aet het •erken aet een coaputer, ongeveer de helft •el (A5>. Ook •at

betreft de •aardering voor het •erken aet een coaputer is er een t•eedeling

te zien. De aeeste leerlingen vinden •erken aet een coaputer erg leuk, aaar

er zijn er ook veel die er geen uitgesproken lening over hebben. Dit is

aogelijk een gevolg van het aissen van coaputer-ervaring. Bij AB vinden Me

hetzelfde beeld als bij A5 en A6, een splitsing in twee groepen leerlingen:

erg veel leerlingen •eten niet of prograaaeren leuk is, aaar ook geven er

veel op dat ze het erg leuk vinden. Tenslotte blijkt 26 X van de leerlingen

een eigen coaputer te bezitten. Dit lijkt een erg hoog percentage, zelfs

als •e bedenken dat de vraag waarschijnlijk al aet •ja• •ordt beant•oord

als in het gezin een co1puter aanwezig is. Helaas is er geen •ateriaal

beschikbaar waarlee dit percentage kan worden vergeleken.

Over de beweringen uit groep 3 <A9 - A14> lopen de •eningen sterk uiteen,

d.M.z. alle scores <van 1 tot 5> koaen in vergelijkbare aantallen voor. We

kunnen dus niet spreken van dé aeaing van leerlingen over de onderwerpen

in deze groep. Een uitzondering vorat onderdeel All, •aar vrijwel alle

leerlingen vinden dat coaputers een plaats horen te hebben in een

ziekenhuis.

De groepen 4 en 5 geven in het algeaten •eer overeenstelling te zien tussen

de leerlingen. Zij weten dat colputers in de natuurkunde belangrijk zijn

<AlS>, 1aar ze betwijfelen of je zonder co1puter geen natuurkundig

onderzoek aeer kunt doen <A16>. Yerder vinden ze dat je van electronica

niets hoeft te •eten 01 1et coaputers te kunnen werken <A17). Uit de scores

op A1B (digitaal is nau•keuriger dan analoog> is erg loeilijk een conclusie

te trekken. Bij het afneaen van de test bleken leerlingen erg veel •oeite

te heben aet deze vraag. De begrippen analoog en digitaal waren bij veel

leerlingen niet bekend. De betekenis van de scores is daaro• niet

duidelijk.

- 53 -

Een splitsing in een groep leerlingen die geen aeniog hebben en een groep

die het duidelijk aet de bewering eens is vinden we weer bij de bewering

over het registreren van de tesperatur aet een coaputer <A19). De

aogelijkheid om •eet-apparatuur aan een coaputer te koppelen is biJ het

grootste gedeelte ven de leerlingen wel bekend. Dat je het geheugen van een

co•puter goed kunt gebruiken bij het doen van setingen is ook voor vrijwel

iedereen duidelijk <A20l. Uit A21 blijkt de onbekendheid van de leerlingen

aet geautomatiseerde •eet-opstellingen: verreweg de leesten hebben er geen

idee van of zo'n opstelling eenvoudiger is dan een gewone of niet. Bij A22

vinden we weer een verdeling van de leerlingen in twee groepen van bijna

gelijke grootte: een groep die bekend is aet eigenschappen van coaputers en

een die dat niet is. Blijkbaar weten echter ook degenen die onervaren zijn

wat betreft het werken 1et een coaputer wél dat er aet coaputers

berekeningen kunnen worden ge1aakt en da~ dat ook snel gaat. Ze verwachten

daaro• dat er tijdwinst optreedt als er colputers worden gebruikt bij het

praktikul natuurkunde <A23 en A24). Colputers worden ook gezien als een

voordeel bij het laken van grafieken <A2ó). Er is enige aarzeling oa het

gebruik van colputers als natuurkundige aktiviteit te beschouwen <A25).

Uit de antwoorden op de pret•stvragen blijkt dat er vaak een splitsing van

de groep leerlingen is waar te ne1en. Het lijkt er daarbij op dat de

ervaring aet coaputers steeds van grote invloed is. In een aantal gevallen

geven veel 1eer leerlingen dan degenen aet coaputer-ervaring aan dat ze

bekend zijn aet de genoeade toepassingen van coaputers. "et na1e als het

gaat o• concrete toepassingen bij het verwerken van gegevens. De

scoreverdeling op A17 geeft dit b.v. aan: o• gegevens te verwerken heb je

niets aet de electronica in een coaputer te aaken. Nat betreft de

logelijkheden van colputers op dit terrein is er dus veel bekend bij de

leerlingen.

Over andere logelijkheden 01 colputers te gebruiken bij natuurkunde zijn de

leerlingen veel onzekerder. Vaak hebben ze geen lening. Een oorzaak zou

kunnen zijn dat ze niet bekend zijn •et het bestaan van de lOgeliJkheden o•

b.v. te aeten set een co1puter. Hieruit volgt dat het gebruiken van

coaputers in het onderwijs om autoaatisch te aeten nodig is 01 de

leerlingen ook deze logelijkheden te tonen.

- 54 -

3.1.5 Wat hebben leerlingen geleerd.

Om te onderzoeken wat het leer-effect is dat optreedt bij het uitvoeren van

de spirometer-proef zijn twee methoden gebruikt: een proefwerk na afloop

van het praktikum en een vraag in de pre- en posttest over het schatten van

ademhalings-parameters. In deze paragraaf wordt ingegaan op de resultaten

van beide •ethoden.

Het proefwerk bestond uit 8 meerkeuze-vragen die ieder 4 alternatieven

hebben en een extra mogelijkheid om aan te geven dat men het begrip

waarover wordt gevraagd niet kent. Het eindcijfer is alsvolgt bepaald.

Ieder goed antwoord levert 3 punten op, ieder fout antwoord 0 punten. Als

het extra alternatief is aangekruist levert dat 1 punt op. Hiermee wordt

bereikt dat het gokken tot een minimum wordt beperkt. Pas als 2

alternatieven kunnen worden weggestreept wordt het voordelig om te gokken.

Maximaal kan een score van 24 punten worden behaald. Alleen gokken levert 6

punten op. De berekening van het eindcijfer gaat nu alsvolg:

''f s- 6 9 1 ClJ er a • + m - 6

s = de behaalde score

m a de maximale score

Een score van 16 punten levert zo een 6 op.

Als we kijken naar de verdeling van het eindcijfer voor het proefwerk, dan

kunnen we concluderen het proefwerk erg gemakkelijk is: ca. 70 X van alle

leerlingen heeft een cijfer boven de 7. Uit de correlatie-coêfficiênt

tussen het rapportcijfer voor natuurkunde en het proefwerk-cijfer

<= 0,208 ; P = 0,011l blijkt dat het proefwerk ook niet sterk discrimineert

tussen goede en slechte leerlingen.

- 55 -

a(%) b(%) c(%) d(%) 0(%) p D

BI 6 2 89 0 3 0,89 0,17

B2 2 93 2 0 4 .0,93 0,08

BJ I 82 7 2 7 0,82 0,04

B4 4 83 I 3 9 0,83 0,17

B5 I 0 93 0 6 0,93 0,10

B6 2 64 34 0 I 0,64 0,28

B7 IJ 4 2 80 2 0,80 0,19

B8 0 6 75 16 3 0,75 0,27

De gegevens in tabel 3.3 geven concrete inforaatie over de •anier •aarop de

proefMerkvragen zijn beantwoord. Het blijkt dat er steeds veel leerlingen

een goed antwoord geven <p-Naarde is hoog). De foute alternatieven zijn

daardoor ook weinig gekozen. Vaak is er echter één van deze

alternatieven veel gekozen, en de andere bijna niet <<5%). Een dergelijke

vraag is dan in feite een 2-keuzevraag. De extra antwoordaogelijkheid (I)

voor leerlingen die een begrip niet kennen Nordt Meinig gekozen. Bij vraag

4 over het gebruik van een hoge sa•ple-rate ko•t het nog het aeest voor

( 9%).

In de laatste kolom van tabel 3.3 wordt de D-waarde gegeven voor iedere

vraag. Deze waarde geeft aan of een vraag discri•ineert tussen goede en

slechte leerlingen. We zijn uitgegaan van de rapportcijfers voor het vak

natuurkunde. [141. De groep wordt verdeeld in driln: Nl, leerlingen (307.)

•et de laagste rapportcijfers, N2, leerlingen •et de hoogste rapportcijfers

en de rest. Voor iedere vraag wordt per groep gekeken naar de aantallen

leerlingen die een goed antwoord geven. Van de groep slech:t' leerlingen

<Nll geven er L een goed antwoord; van de groep goede leerlingen <N2l geven

er H een goed antwoord. Een eaat voor het discrieinerend veraogen van een

vraag is dan D = H/N2 - L/Nl • Deze waarde ligt tussen -1 en +1. "axiaale

discri•inatie <goede leerlingen een goed antwoord, slechte een fout) levert

de waarde +1 op. Een waarde van •inder dan 1,2 kan een aanleiding zijn a•

de vraag te herzien C2?l.

- 56 -

Door de hoge p-Naarden Norden de D-Naarden vanzelf laag. In dit geval is

het lage discriainerend verlogen van de vragen niet zo erg, 01dat het

proefMerk voornaaelijk is bedoeld ca te testen of de leerlingen iets leren

als er een co1puter Nordt gebruikt. Uit de hoge p-waarden kan de conclusie

Norden getrokken dat leerlingen inderdaad iets hebben geleerd. Het gebruik

van een co•puter heeft hierop geen nadelige invloed gehad.

Er aceten Nel enkele kanttekeningen die Norden gelaakt bij deze conclusie:

- De for1ulering van de stam van de vragen geeft achteraf bezien in

enkele gevallen <2,4,51 1isschien te veel aanMijzingen over het juiste

antNoord. Hierdoor is een hoge p-Naarde voor een dergelijke vraag geen

garantie dat veel leerlingen iets hebben geleerd.

Yerder is de voorkennis van de leerlingen over adelhalings-begrippen niet

bekend. Uit opmerkingen van leerlingen bleek dat in enkele gevallen bij het

vak biologie deze begrippen al eerder ter sprake zijn geko1en. Hierdoor

kunnen eveneens hoge p-Naarden op enkele vragen Norden verwacht.

De antwoorden op de vragen in de pretest en de posttest over het schatten

van ade•halings-para•eters bevestigen echter dat er leer-effecten optreden

tengevolge van het uitvoeren van de spiro•eter-proef. In tabel 3.4 staan

het ge1iddelde en de spreiding in de antNoorden op deze vragen ver1eld.

- ~7 -

F1 F2 AV 1 AV2 ve1

ve2 0 - 5 - 3 0,1 - 0,5 10 ::> 0- 0,5 1 -· 5 - 10 9 9 0,5 - 1,0 13 30 0,5- 1,0 3 1

10 - 15 31 59 1,0- 1,5 4 35 1,0- 2,0 17 4

15 - 20 35 21 1,5- 2,0 17 15 2,0 - 4,0 27 39

20 - 25 16 4 2,0 - 2,5 10 4 4,0 - 6,0 36 53

25-30 3 2 2,5 - 3,0 17 7 6,0- 8,0 2 2

30- 35 - - 3,0 - 3,5 2 1 8,0- 10 3 1

35 - 40 2 3 > 3,5 26 3 10 - 15 1 -"40 3 - > 15 8 1

Fî'. 19,6 . -1 AV1 • 4,8 1 ve

1 • 6,6 1 11110

-1 0""1 • 10,3 llin Cl"'1 • 7. 2 1 cr1 • 9,0 1

F2 • 14,9 . -1 AV2 •1,61 ve

2 • 4,4 1 m~n

. -1 Vï. 5,8 m~n Cl"'2 • 1,1 1 tT"2 - 1,9 1

Deze gegevens Morden verstoord door enkele antwoorden die afwijken van etn

redelijke schatting. Zo kolen er voor het adeavoluae schattingen voor van

21 liter. De vraag is gerechtvaardigd of dit serieuze antwoorden zijn. Uit

de histogra11en in appendix 3 volgt echter duidelijk dat de leerlingen na

het doen van de proef een nauwkeuriger schatting geven van de genoeade

para1eters. De spreiding is dan beduidend kleiner.

- 58 -

3.1.6 Verandering van de lening over coeputer-gebrui~.

De beweringen uit de groepen 4 en 5 van de pretest worden herhaald in de

posttest. Dit •aakt het •ogelijk de •eningen van de leerlingen over de

betretfende onderwerpen na atloop van het praktikua te vergelijken 1et de

1ening die ze vooraf hebben.

Oa te bepalen of het ge•iddelde verschil in de scores op een bewering

vooraf en achteraf signiticant van I afwijkt gebruiken we de Student's

t-toets t6l, zoals die wordt uitgevoerd door de procedure T-TEST van SPSS

(zie appendix 4). De in tabel 3.5 opgegeven waarden voor de

overschreidingskans P geven aan wanneer een geaiddeld verschil in de scores

statistisch significant is. Als bovengrens voor significantie hebben we P •

0,05 gesteld.

- - d x x ... d t p (t) voor na

A15/P6 1,97 1,78 0,21 1,2 1,83 0,070

A16/P7 2,37 2,22 0,15 1,4 1,15 0,253

Al7/PS, 1,54 1,55 -0,01 1,0 -0,09 0,927

A18/P9 4,17 4,30 -0,13 1,2 -1,12 0,267

A19/P10 3,89 4,42 -0,53 1,3 -4,51 0,000

A21/Pll 3,09 3,69 -0,60 1,4 -4,61 0,000

A22/P12 3,91 4,53 -0,62 1,2 -5,45 0,000

A23/P13 4,18 4,69 -0,52 1,1 -4,97 0,000

A24/P14 3,76 4,56 -0,80 1,2 -6,99 0,000

A25/P15 2,08 2,12 -0,04 1,1 -0,43 0,669

A26/P16 4,22 4,83 -0,61 1,1 -6,06 0,000

tabel. 3.5: vergez.ijking van pretestvragen A15 - A26 ~~~et potrtesttnoagfll'l P6 - P16.

Uit de laatste kolo1 van bovenstaande tabel bliJkt dat bij 6 van de

beweringen er in de scores een significant verschil is tussen de pretest en

de posttest. Yeel 1eer leerlingen dan voor het praktiku• weten na afloop

dat co1pu~ers kunnen worden gebruikt bij het registreren van een fysische

grootheid fA19/P1B). Bovendien is nog duidelijker dan vooraf dat het

hierbiJ ook 01 lan;z••• verlopende vtrtch1Jntt1tn kan ;aan CA21/P11). De

11nitr waarop Jt computers goed kunt ;tbruiktn bij het praktikua <verwerken

van gegevens: berekeningen 1aken en gratieken tekenen) was voor velen al

erg duidelijk, 1aar na afloop weten bijna alle leerlingen hiervan tA23/P13

en A26/P16l.

- 59 -

Erg groot is het ge~iddelde verschil in scores op A24/P14, waar het gaat 01

het aantal aetingen die je in één praktikusuur kunt doen. Waren er

vooraf nog veel leerlingen die geen aening hadden, of geaatigd optilistisch

waren, na afloop vindt de grote 1eerderheid dat je 1 als je colputers

gebruikt bij het praktikua, veel 1eer aetingen kunt doen in dezelfde tijd.

Aan de hand van de scores op de vraag A21/P11 kunnen we een uitspraak doen

over de opstelling van de spiroaeter-proef. Een grote groep leerlingen die

vooraf twijfelt of proef-opstellingen door coaputers eenvoudiger worden

geeft na afloop en veel positiever antwoord. De opstelling van de

spireaeter-proef wordt blijkbaar niet als aoeilijk af ingewikkeld ervaren.

De scores op de overige vragen geven geen significante verandering in de

aening van de leerlingen te zien. Toch doet de kleine overschreidingskans

bij A15/P6 CP = 0,07) veraceden dat veel leerlingen na het uitvoeren van

een praktikum-praef aet een coaputer een beter idee hebben over de rol die

coaputers spelen in de natuurkunde.

3.1.7 Wat vinden de leerlingen van de spiroaeter-proef.

De beweringen uit groep 6 zijn bedoeld aa de spireaeter-proef zelf te

evalueren. In tabel 3.6 warden de geaiddelde scores op de beweringen en de

spreiding hierin gegeven. De scores laken duidelijk dat de proef in zijn

geheel als erg prettig is ervaren. Het feit dat COlputers worden gebruikt

bij het praktikua heeft de leerlingen erg aangesproken CP1) en ze willen

dergelijke praktika ook graag in andere vakken <P2). Nat betreft de

handleiding is 1en wel tevreden CP3) 1 evenals over de inforiatie die op het

beeldscher~ wordt gegeven <P4>. Zoals al in de vorige paragraaf is gezegd

blijkt uit de scores op A21/P11 dat ook de opstelling geen echte probleaen

heeft opgeleverd. "en vindt de opstelling kennelijk niet ingewikkeld.

- 61 -

x a

P1 4,3 1,1

P2 4,2 1,2

P3 4,1 1,0

P4 4,4 1,0

PS 2,1 0,4

t:abeZ 3.6: postustwagen Pl -PS.

De score op P5 heeft een afwijkende betekenis: hier gaf een score op de

5-puntsschaal het aantal leerlingen aan waaraee Je saaen de proef zou

willen uitvoeren. Vooral uit frequentieverdeling blijkt dat verreweg de

aeeste leerlingen de voorkeur geven aan het werken in groepjes van 2. Het

aantal leerlingen dat de proef aet z'n drieln wil doen is ook duidelijk

kleiner <12l dan het aantal leerlingen dat de proef in een groep van drie

heeft uitgevoerd <57l.

3.1.8 Correlaties.

In 3.1.4 is het veraceden geuit dat de ervaring die leerlingen hebben aet

het werken aet een computer van grote invloed is op de aening en de kennis

die ze hebben betreffende de aogelijkheden van coaputers, vooral bij het

verrichten van fysische aetingen. Dit veraceden koat voort uit de verdeling

van de leerlingen in 2 groepen die is te herkennen in de scores op de

prestest-vragen. Ook de indeling van de beweringen uit de testen in 6

groepen duidt op het bestaan van een zekere relatie tussen de beweringen

uit een groep. De verwachting is dat dergelijke relaties ook tot uiting

komen in de antwoorden <scores) van de leerlingen.

Een aaat voor verbanden tussen de antwoorden van leerlingen zijn b.v. de

correlaties in de correlatie-aatrix. In welke aate er conclusies kunnen

worden getrokken uit de correlaties is vaak aoeilijk te zeggen. Vaak wordt

een hoge correlatie tussen scores op 2 variabelen veroorzaakt door nog een

3e variabele.

- 61 -

~et de procedure PEARSON CORR uit het pakket SPSS zijn de correlaties

berekend tussen de scores op vragen in de pretest en de posttest onderling.

Tevens voert deze procedure een toets uit op significantie. In appendix 3

zijn gedeelten van de correlatie-matrix opgenoaen.

In de correlatie-•atrix worden de twee veraoedens gedeeltelijk bevestigd:

groep 2 heeft hoge correlaties tussen de variabelen onderling, aaar

nauwelijks •et de variabelen uit de groepen 4 en ~ in de pretest.

Daarentegen is de correlatie aet de variabelen uit deze groepen in de

posttest vaak wel hoog. Een uitzondering vorat A2~/P1~ waar juist een

sterke samenhang is 1et A~-AB in de pretest en niet in de posttest.

Ook de indeling van de variabelen in groepen wordt gedeeltelijk bevestigd.

Van groep 2 is al gezegd dat er een sterke onderlinge saaenhang is, aaar

dit geldt ook voor de groepen 4 en ~ <aeer in de pretest dan in de

posttest>, en groep 6. Voor de groepen 1 en 3 is een dergelijke bevestiging

niet gevonden.

Opvallend is verder dat de correlaties tusen de scores in de pretest en de

posttest op gelijke vragen <uit groep 4 of ~) weliswaar positief is, aaar

niet zo groot als was verwacht <vaak< 8,3>.

- 62 -

3.1.9 Faktor-analyse~

In 3.1.2 is aangegeven dat de beweringen in de pre- en posttest zijn

ingedeeld in globaal o•schreven onderwerpen, de groepen 1 t/1 6. Deze

indeling is gelaakt op rationele gronden. Wellicht kan de indeling ook

worden teruggevonden in de antwoorden <scores) van de leerlingen. Een aaat

voor verbanden tussen de scores zijn b.v. de correlatie-coffficifnten

in de correlatie-aatrix.

Een 1ethode 01 achteraf, op basis van de correlatie-cotfficilnten, de

variabelen in groepen in te delen is faktor-analyse. Deze 1ethode is dan

ook een aantal •alen uitgevoerd om na te gaan of hieruit een indeling volgt

die overeenkolt •et de oorspronkelijk gekozen groepen. Bij de analyses zijn

ook de rapportcijfers •eegenomen.

De faktor-analyse is uitgevoerd 1et SPSS. Hierbij is gekozen voor de

zogenaamde •hoofdco•ponenten-analyse•. In dit verslag zullen echter steeds

dezelfde ter1en worden gebruikt als door SPSS wordt gedaan. Naar in feite

component of hoofdcolponenten-analyse wordt bedoeld gebruik ik de aeer

alge•ene ter1en faktor en faktor-analyse, tenzij het gaat 01 het

onderscheid tussen de verschillende typen faktor-analyse.

Het doel van faktor-analyse is in het algeleen het reduceren van de

hoeveelheid variabelen. Hierbij zoekt 1en naar een onderliggende variabele

<faktor) die het geleenschappelijke van een aantal correlerende variabelen

weergeeft. Uiteindelijk kan de structuur in de data dan worden beschreven

in ter1en van een klein aantal faktoren. Deze faktoren worden zo bepaald

dat aet een zo klein logelijk aantal faktoren zo veel aogelijk van de

totale variantie in de data wordt verklaard.

Bij hoofdcolponenten-analyse gaat aen uit van de correlatie-aatrix. "en

bepaalt de eigenwaarden van deze aatrix 1et de bijbehorende eigenvectoren.

Hierbij begint 1en aet de eigenvectoren bij de grootste eigenwaarde en

daarna die bij steeds kleinere eigenwaarden, onder de voorwaarde dat nieuwe

eigenvectoren orthogonaal zijn aet de al bepaalde vectoren.

- 63 -

De eigenwaarden zijn een 1aat voor de hoeveelheid variantie die door een

faktor wordt verklaard, en de cotfficilnten van de bijbehorende

eigenvectoren geven de bijdragen van de variabelen aan deze faktor. Deze

cotfficitnten worden ook wel faktor-ladingen genoe1d.

In het algeaeen vindt •en op bovenstaande wijze evenveel faktoren als er

variabelen zijn, •et steeds kleiner wordende eigenwaarde. We kunnen nu een

selectie •aken van • faktoren •et de grootste 1 eigenwaarden. Deze faktoren

verklaren een groot gedeelte van de totale variantie. Door een rotatie uit

te voeren op de • faktoren kan de faktor-aatrix (dit is de •atrix •et als

kololmen de vectoren aet faktor-ladingen> worden vereenvoudigd, d.w.z. de

eleeenten liggen zo dicht aogelijk bij I of 1. Hierdoor kolen de faktaren

duidelijker naar voren en zijn ze beter te interpreteren. Als voorwaarde

geldt dat weer een zo groot •ogelijk gedeelte van de variantie aoet worden

verklaard.

De rotaties kunnen al dan niet orthogonaal zijn. Als ze orthogonaal zijn

dan zijn de koloaaen van de nieuwe faktor-•atrix weer orthogonaal. Dit

betekent dat de faktoren weer onderling ongecorreleerd zijn. Veel gebruikte

orthogonale rotatie-procedures zijn de zogenaaide YARI"AX- en

QUARTIMAX-rotaties. YARIMAX zorgt ervoor dat de faktor-ladingen bij een

faktor voor een zo klein logelijk aantal variabelen hoog is. GUARTI"AX

zorgt voor iedere variabele voor een hoge faktor-lading op een zo klein

logelijk aantal faktoren.

YARI"AX-rotatie is in het alge•een stabieler dan QUARTI"AX-rotatie [4 en

~l. Er is daaroa uitsluitend aet YARI"AX-rotatie gewerkt bij de analyses.

De selectie van het aantal faktoren waarop de rotatie is uitgevoerd heeft

plaatsgevonden op basis van het door SPSS standaard gebruikte criteriua dat

de eigenwaarde groter aoet zijn dan 1.

- 64 -

3.1.18 Resultaten fa~tor-analyse

Er is een aantal analyses uitgevoerd, aet steeds verschillende groepen

variabelen.

N var p : Ie % p variabelen

I 62 13 16,3 84,6 alle variabelen uit de pretest, posttest, proefwerk en rapportcijfers.

2 43 10 20,4 84,5 de variabelen uit de pretest en de posttest.

3 9 I 63,9 63,9 proefwerkvragen en totaalcijfer proefwerk.

4 14 2 58,4 74,7 variabelen met hoge lading oo factor I van analyse I.

5 15 2 34,2 55,3 vragen uit de groepen 1,3 en 6.

6 20 2 35,8 58,6 alle variabelen behalve de vragen uit de groepen 4 en 5.

7 22 4 28,9 72,3 de vari~elen uit de groepen 4 en 5.

8 21 3 21,9 55,5 de variabelen in analyse 5 met de schattingen van ademhalings-parameters.

tabeZ 3.7: overzicht van de uitgevoerde analyses.

In de tabel staan enkele gegevens van deze analyses veraeld. N is het

rangnuaaer van de analyse, var geeft aan hoeveel variabelen bij de analyse

zijn aeegenoaen. Het aantal gevonden faktoren aet een eigenNaarde groter

dan 1 Nordt gegeven door p. De percentages van de totale variantie die door

de eerste faktor "ordt verklaard <1t> en door de p faktoren saaen <pX>

Norden eveneens gegeven. Tenslatte volgt de opsoaaing van de variabelen die

bij de betreffende analyse zijn gebruikt.

Yoar de gevonden faktoren is steeds geprobeerd een oaschrijving te vindan

in teraen van gedrag. Hierbij is uitgegaan van de groep variabelen aet een

hoge faktor-lading. Het is daarbij belangrijk 01 na te gaan of een

aaschrijving bij aeerdere analyses voorkoat. Hierbij speelt aee dat niet

alle gevonden faktoren even belangrijk zijn. Vaak zijn er aaar *én of

t"ee Naarvan het zinvol is een oaschrijving te geven [4].

- 65 -

Op grond van de faktor-ladingen van de variabelen kan een indeling worden

gemaakt in groepen. Erg fraai is het als deze indeling overeenstelt 1et de

oorspronkelijk gekozen indeling.

Bedeeltelijk is deze overeenstelling inderdaad gevonden, al •oet hierbij

worden opgemerkt dat er in enkele gevallen ook variabelen uit andere

groepen een hoge lading hebben op deze faktoren.

De faktoren die zijn te omschrijven en die in ten•inste twee analyses zijn

gevonden zijn hieronder genoemd. De variabelen die op deze faktoren een

hoge faktor-lading hebben worden eveneens genoe1d.

1. ervaring of affiniteit 1et computers.

Deze faktor is bij alle analyses gevonden, waarin de variabelen A5-AB

zijn 1eegeno1en. Samen 1et A25, PB en P15 hebben deze variabelen een

hoge lading bij de faktor, die vaak al naar voren kolt vOórdat er

een rotatie van de faktor-•atrix heeft plaatsgevonden. In de 4e

analyse zijn alleen de variabelen 1eegeno1en die een keer hoog

gescoord hebben op deze faktor. Het blijkt dat de faktor dan scherp

naar voren komt, en niet wordt gesplitst in onderdelen.

2. coaputergebruik bij fysische experi1enten.

Op deze vraag scoren vooral de variabelen A21, A22-A24 en A26 van de

pretest. ~pvallend is dat de overeenkolende variabelen in de posttest

geen hoge lading opleveren. Ook zijn ze niet als afzonderlijke faktor

terug te vinden.

3. waardering voor de spiro•eter-proef.

Deze is 1inder duidelijk dan de voorgaande 2 faktoren, •aar in enkele

analyses toch aanwezig. De variabelen uit groep 6, behalve P5, hebben

een hoge lading.

- 66 -

Gebleken is dat ook faktoren die nlet signific~nt =~Jn 1n meerdere analyses

~orden gevonden. Het gaat d~n b.v. om de faktor met de omschrijving:

~aarder:ng v~n de spir~meter-proef. De:e splitst neg in twee!n:

haarcer1ng \OCr ;ra~tilwm met CJm~uters en waarde·1ng voor de gegeven

i•,f~rrr:.;stie. !r, eer. aantal ar.al (Ses vinden we de:e faktor:r: terug.

C~ grond ~an de:e •es~ltaten mogen we misschien niet spreken van een

~e:estiging ~an de groepen-lnde!ing. Tenslotte :ijn de groep 1 en 3 niet

als faktor aanget·cffen. Ook hebben ~ariabelen die b.v. tot groep 5 behoren

s~m~ een ho~e lading op een faktor die overeenkomt met groep 2. Toch lijkt

het er o~ dat de v~oraf geko:en groepen-indeling :ich ook vertoont in de

scJre~ •• n de le~rl1ngen, al meeten we bedenken dat de groep leerlingen

~lein is ~eer een erg betrouwbare faktor-analyse.

:.~.11 \lers:hillen Lissen enl.ele groepen leerlingen.

Tot nu toe is de groep leerlingen als één geheel beschouwd bij het

beschrt;ven van het beeld dat leerlingen hebben over computer-gebruik bij

natuurkunde. Hierbij is echter al naar voren gekomen dat er verschillen

kunnen :ijn tussen diverse groepen leerlingen. Zo is het de vraag of

leerlingen met een eigen computer een ander beeld hebben dan leerlingen die

geen computer hebben. Ook kunne~ er verschillen :ijn tussen de deelnemende

scholen, tussen meisjes en jongens, VWO- en HAVO-leerlingen. Deze paragraaf

probeert de verschillen tussen de genoemde groepen te beschrijven en toe te

lichte;,.

- 67 -

Bij de analyses aaken we gebruik van de prodedure T-TEST uit het pakket

SPSS. Deze aaakt het aogelijk o• statistische significantie van verschillen

in geeiddelde scores te bepalen. De procedure aaakt gebruik van de

Student's t-toets en ze wordt in appendix 4 nader uiteengezet. De

nul-hypothese die steeds is getoetst is: X1 = X2, waarbij Xl de geaiddelde

score van groep is en X2 de geaiddelde score van groep 2 op dit vraag. In

de tabellen die worden gebruikt is de overschreidingskans P aangegeven.

Verschillen tussen ge1iddelde scores van de groepen worden als significant

aange•erkt als P < e.es.

A. Verschillen tussen de scholen.

Eekart A.v.D.C. HertogJan Eekart A.v.n.c. HertogJan

'i C1 'i C1 'i C1 'i C1 'i C1 'i C1

Al 3,9 0,9 4,1 O,S 4,1 O,B Pl 4,2 1,2 4,4 0,9 4,2 1,1

A2 3,6 1,1 3,1 1,0 3,0 1,3 P2 3,9 1,3 4,6 0,9 4,2 1,2

A3 2,4 0,9 2,4 1,0 2,1 1,2 P3 3,9 1,1 4,3 0,9 4,2 1,0

A4 3,6 O,B 3,9 1,1 3,S 0,9 P4 4,S O,B 4,S O,B 4,1 1,1

AS 3,4 1,6 2,9 l,B 2,9 l,B PS 2,1 0,4 2,1 0,3 2,0 0,4

A6 4,2 0,9 3,9 1,2 3,B 1,0 P6 1,7 O,B 1,7 1,0 1,9 1,0

A7 0,27 0,44 0,20 0,39 0,30 0,46 P7 2,4 1,1 2,2 1,2 2,0 1,1

AB 3,S 1,0 3,S 1,2 3,4 1,1 PB 1,7 1,0 1,S O,B 1,4 0,9

A9 3,0 1,1 3,1 1,2 2,B 1,2 P9 4,2 1,2 4,2 1,1 4,4 1,1

AlO 3,1 1,4 3,1 1,6 2,7 l,S P10 4,2 1,2 4,4 1,0 4,7 0,9

All 2,3 1,3 3,0 1,2 2,S 1,2 Pll 3,8 0,8 3,B 1,2 3,S 1,4

A12 3,8 1,1 3,6 1,4 3,3 1,4 Pl2 4,3 O,B 4,7 0,6 4,6 0,9

Al3 1,6 O,B 1,S O,B 1,S 0,9 P13 4,7 0,7 4,9 0,3 4,S 1,1

Al4 3,3 1,0 3,1 1,1 3,3 0,9 Pl4 4,6 0,7 4,S 1,1 4,S 0,8

AlS 2,0 1,0 1,9 1,0 2,0 1,1 P15 2,2 1,0 2,1 1,0 2,1 1,1

Al6 2,3 0,9 2,7 1,1 2,2 1,1 Pl6 4,7 0,6 4,9 0,2 4,9 0,4

Al7 1,5 0,7 1,5 0,7 1,6 1,0

AlS 4,1 1,2 4,2 1,1 4,2 1,2

Al9 3,8 1,1 4,0 1,2 3,9 1,5

A20 4,3 1,0 4,8 0,8 4,2 1,2

A21 3,S 1,0 3,1 1,1 2,7 1,2

A22 4,2 1,0 4,0 1,0 3,5 1,3

A23 4,2 1,0 4,5 0,7 3,8 1,2

A24 3,9 0,9 4,0 1,0 3,4 1,1

A2S 2,3 1,0 2,0 0,9 1,9 1,1

A26 4,2 0,9 4,5 0,8 4,0 1,2

tabel J.B: vergez.ijking pretestvragen en posttestvragen vool' de vel'Bc:hilZ4rnà.tl sohot.n.

- 68 -

Als controle op verschillen tussen de deelntaende scholen hebben we de

geeiddelde scores op de pretest en posttest ook voor iedere school

afzonderlijk berekend. De berekeningen a.b.v. de T-TEST-procedure wartn

hier niet eogelijk, oadat het hier gaat oe ten vtrgelijking tussen drie

groepen. In tabel 3.8 worden de gteiddelde scores weergegeven. Bij het

vergelijken van de resultaten aoet rekening worden gehouden eet het feit

dat op het Anton van Duinkerkencollege alleen VWO-leerlingen hebben

deelgenomen aan het praktiku•. Verschillen tuusen leerlingen van HAVO en

VWO zullen bij de andere 2 scholen enigszins uiteiddelen, terwijl dit op

het Anten van Duinkerkencollege niet gebeurt. De resultaten van de

vergelijking tussen HAVO-en VNO-leerlingen in 3.1.11 eoeten daaroe worden

eeegenoeen bij de beoordeling van de cijfers in tabel 3.8.

De verschillen tussen de geeiddelde scores per school zijn steeds klein in

vergelijking eet de bijbehorende standaardafwijkingen. Tevens zijn de

groepen erg klein, zodat we niet kunnen spreken van significante

verschillen tussen de scholen onderling. Nat opvalt is dat het percentage

leerlingen dat een coeputer bezit op alle drie de scholen hoog is. Het is

niet zo dat één school er duidelijk uitspringt.

B. Verschillen tussen aeisjes en jongens.

Hierna wordt een vergelijking geaaakt tussen de scores van de eeisjes en

die van de jongens op de testen. In tabel 3.9 staan in de koloaeen van

links naar rechts de volgende gegevens:

- code van de bewering

- ge1iddelde en standaard-deviatie voor de score van de leisjes

- geeiddelde en standaard-deviatie voor de score van de jongens

-de waarde van Student's t-variabele en de overschreidingskans P

- 69 -

x a K.' a • t P(t) • • J J

Al 3,9 0,9 4,1 0,8 -0,97 0,332

A2 3,7 1,1 3,0 1,2 3,26 0,001

A3 2,2 1,0 2,3 1,1 -0,58 0,565

A4 3,6 0,9 3,7 0,9 -0,53 0,599

A5 3,7 1,7 2,8 1,7 2,75 0,007

A6 3,5 1,1 4,2 1,0 -3,40 0,001

A7 0,10 0,30 0,33 0,47 -3,26 0,001

AB 2,8 0,8 3,8 1,2 -5,26 0,000

A9 3,6 0,9 2,7 1,2 4,09 0,000

AlO 2,9 1,3 3,0 1,6 -0,26 0,792

All 2,9 1,2 2,4 1,3 1,96 0,052

A12 3,4 1,2 3,6 1,4 -0,58 0,560

A13 1,6 0,8 1,5 0,8 0,77 0,442

A14 3,0 0,9 3,3 1,1 -1,87 0,064

AlS 2,2 1,0 1,8 1,0 2,11 0,036

Al6 2,3 1,0 2,4 1.1 -0,61 0,543

Al7 2,0 1,1 1,3 0,6 3,46 0,001

AlS 4,1 1,1 4,1 1,3 0,17 0,865

A19 3,9 1,1 3,9 1,4 -0,27 o. 790

A20 4,7 0,7 4,3 1.1 2,14 0,034

A21 3,2 1,0 3,0 1,2 0,58 0,562

A22 3,5 1,0 4,1 1,1 -2,79 0,006

A23 4,2 0,9 4,2 1,0 -0,27 0,784

A24 3,7 1,0 3,8 1,1 -0,79 0,430

A25 2,4 1,1 2,0 1,0 2,24 0,027

A26 4,3 0,8 4,2 1,1 0,59 0,553

tabel 3.9: wrgeZiJ"ki.ng p:zoetsstvragen Al - A26 tussen mei.#es en jongens.

Uit de laatste kola• blijkt dat er nogal wat verschillen zijn tussen

leisjes en jongens. Deze verschillen zijn vooral te vinden in de ervaring

die leerlingen •et colputers hebben, en bij hun •ening over de toepassing

van colputers bij het doen van •etingen. Meisjes hebben duidelijk 1inder

•et colputers gewerkt CA~>, en ze vinden het 1inder leuk dan de jongens

CA6). Ook het bezit van een eigen co1puter ligt bij de leisjes veel lager

dan bij de jongens <A7>. Bovendien is de interesse van de jongens aeer ap

het progra••eren van een co•puter gericht dan die van leisjes CAB>.

- 71 -

Nat betreft ~e toepassing van tolputers bij het doen van •etingen zijn de

resultaten verwarrend. Hoewel beide groepen positief oordelen over de

voordelen van het geheugen van een co•puter als er •etingen worden

verricht, doen de aeisjes dit nog nadrukkelijker dan de jongens CA20>. Op

de bewering over de registratie van langzaae verschijnselen CA22) ligt het

beeld geheel anders. Hier zijn het juist de jongens die een veel positiever

oordeel geven dan de •eisjes.

Een resultaat dat ook in eerdere onderzoeken [10 en 27] is gevonden, is het

feit dat de •eisjes natuurkunde •oeilijker vinden dan jongens. De

onderzochte groep leerlingen was in deze onderzoeken uit de onderbouw

afko•stig, en niet uit de bovenbouw zoals in het hier beschreven onderzoek.

Anders dan bij de genoemde onderzoeken liggen de rapportcijfers bij de hier

onderzochte groep niet significant lager Cxj=6,2 ; x•=6,1 ; P•0,49>

- - t P(t) x (J x. a. m m l l

P6 2,1 1,1 1,6 0,9 2,29 0,024

P7 2,0 1,2 2,3 1,1 -1,45 0.149

PB 1,8 1,0 1,4 0,8 2,52 0,013

P9 4,4 0,9 4,2 1,3 1,08 0,284

P10 4,3 1,0 4,4 1,1 -0,69 0,493

Pll 3,7 1,0 3,·7 1,2 -o,12 0,907

P12 4,3 0,9 4,6 0,7 -1,67 0,101

Pl3 4,9 0,5 4,6 0,9 I, 78 0,078

Pl4 4,5 0,9 4,6 0,8 -o,SI 0,608

P15 2,5 1,1 1,9 0,9 2,64 0,009

Pl6 4,8 0,5 4,8 0,4 0,03 0,977

tabeZ 3.10: vergeZijkin? posttestvragen P6- P16 twssen meisjes en Jongens.

De resultaten van de posttest geven een soortgelijk beeld als die van de

pretest1 de beweringen waarop significant verschillend is gescoord gaven

ook in de pretest een verschil te zien. Op P12 C=A22> is er nu geen

aantoonbaar verschil •eer.

; .

- 71 -

- - a. P(t) 11: a x. t m m J J

P1 4,4 1,0 4,2 1,1 0,79 0,429

P2 4,4 0,9 4,1 1,3 1,01 0,317

P3 4,1 1,0 4,1 1,0 0,15 0,880

P4 4,5 0,7 4,3 1,1 1,40 0,165

PS 2,2 0,4 2,0 0,3 3,21 0,002

tabel. 1.11: vergelii1c:ing postustvragen Pl :-.PS tussen mei8ies en J"ongens.

De anderdelen van de posttest uit groep 6 <P1 - P5) geven geen verschil.

tussen jongens en •eisjes te zien in waardering voor de spiro•eter-proef.

Verder is er slechts een lichte voorkeur bij de meisjes o• •et een grotere

groep de proef uit te voeren. Sterker i• dit te zien als we kijken naar de

leerlingen die in een groepje van 3 de proef hebben uitgevoerd. Van de 23

•eisjes geven er 6 <= 25 X) de voorkeur aan het werken in een groep van 3,

van de 34 jongens zijn er dat aaar 3 <= 9 X). Er zijn 3 leerlingen die in

een groepje van 2 hebben gewerkt, •aar de voorkeur geven aan een groep van

3. Dit zijn 2 •eisjes en 1 jongen.

- 72 -

C. Verschillen tussen HAVO en VWO.

De volgende twee groepen waarvan wordt bekeken of er verschillen optreden,

zijn de leerlingen uit de HAVO-klassen <N=35) en die uit de VNO-klassen

<N=99). De tabellen zijn op dezelfde wijze 1111ngesteld all biJ de vorige

groepen.

- crvwo x;;;; C1HAVO P(t) Xvwo t

Al 3,9 0,9 4,4 0,6 -3,75 0,000

A2 3,1 1,2 3,3 1,3 -0,70 0,487

A3 2,2 1,0 2,5 1, 3 -0,87 0,387

A4 3,7 1,0 3,5 0,7 0,87 0,385

AS 3,1 1,7 2,9 1,9 O,S2 0,607

A6 3,9 1,1 4,3 0,9 -1,84 0,068

A7 0,24 0,43 0,29 0,46 -O,S9 O,SS4

AB 3,4 1,2 3,6 1,2 -0,74 0,462

A9 2,9 1.2 3,1 1,2 -1,04 0,299

AlO 2,9 l,S 3,0 1,6 -0,18 0,8S8

All 2,7 1,2 2,3 1,3 1,48 0,141

Al2 3,5 1,4 3,S I, 2 0,13 0,899

Al3 1,5 0,8 1,7 1,0 -1,18 0,246

Al4 3,1 1,0 3,6 0,9 -2,65 0,009

AlS 1,8 1,0 2,2 I, 1 -1,95 O,OS4

Al6 2,S 1,1 2,0 1,0 2,30 0,023

Al7 1, 5 0,8 1,6 0,9 -0,71 0,482

AlS 4,1 1,3 3,9 1,4 0,8S 0,39S

Al9 4,0 l, 3 3,8 1, 3 0,81 0,417

A20 4,5 1,0 4,2 1,2 1. 74 0,084

A21 3,1 1,2 3,0 1,0 0,52 0,607

A22 3,9 1,1 4,0 1.1 -O,S4 0, 592

A23 4,3 1,0 3,9 1,1 2,02 0,046

A24 3,7 1,1 3,8 0,9 -0,36 0, 722

A25 2,0 1,0 2,4 1,0 -1,87 0,064

A26 4,2 1,0 4,3 0,9 -0,17 0,869

tabel. 3.12: wzogeZ.iJïr.ing pNtuttn'agen Al - A26 tussen l.efll'l.ingen van HAVO en VJ.V.

De leerlingen van HAVO en VWO verschillen nauwelijks wat betreft het beeld

dat ze hebben van het gebruik van colputers bij natuurkunde. De

VWO-leerlingen zien een groter voordeel van colputers bij het rekenwerk

voor praktiku• <A23) en ze vinden dat het gebruik van co1puter1 •eer

noodzakelijk bij fysisch onderzoek <A16) dan HAVO-leerlingen.

- n -

Het feit dat op het VWO de natuurkunde een uer kwanti_tatief karakter

heeft, en dat de onderwerpen ook ingewikkelder zijn dan op het HAVO speelt

bij deze resultaten lOgelijk een rol. De HAVO-leerlingen zijn overigens

optilistischer over de leereffekten die 1et colputers op school kunnen

worden bereikt dan de VWO-ers <A14l.

Bovendien is er een duidelijk verschil in waardering voor het praktiku•

natuurkunde. Leerlingen op het HAVO geven hierover een veel positievere.

reactie dan leerlingen op het VWO.

- a vwo x;;; 0HAVO

P(t) Xywo t

P6 1,7 1,0 1,9 0,9 -1,24 0,219

P7 2,1 1,1 2,5 1,3 -1,61 0,110

PS 1,5 0,9 1,5 0,8 0.12 0,906

P9 4,3 1,1 4,3 1,3 -0,06 0,949

PlO 4,4 1,1 4,3 1,2 0.65 0,518

Pll 3,7 1,2 3,8 1,0 -o,29 0,769

P12 4,6 0,8 4,3 0,8 1.67 0,097

P13 4,8 0,6 4,5 1,1 1,40 0,170

P14 4,6 0,8 4,5 0,9 0,92 0,357

P15 1,9 1,0 2,6 0,9 -3,39 0,001

P16 4,9 0,4 4,8 0,5 0,88 0,380

tabel. 3.13: vergez.ijking poattest'Vl'agen P6 - P16 tllsaen l.eerl.ingen van HAVO en VW.

De posttest geeft nog •inder verschil te zien tussen HAVO en VWO dan de

pretest. Alleen variabele Pl~ geeft een significant verschil. De 1ening van

de groepen over deze bewering is na de spiroleter-proef in verschillende

richtingen verschoven. De VWO-leerlingen zien het ge_bruik van colputars bij

het natuurkunde-praktikum nog 1ear dan voor de spiroleter-proef als een

natuurkunde-aktiviteit. HAVO-leerlingen daarentegen zijn het iets 1eer als

infor•atica gaan beschouwen.

- 74 -

De evaluatie van de spiroleter-proef zelf levert geen si~nificant verschil

op tussen de leerlingen van HAVO en VWO.

- a vwo x;;; 0HAVO t P(t) x.oo P1 4,3 1,1 4,4 0,9 -0,4 0,689

P2 4,3 1,1 4,0 1,3 1,21 0,229

P3 4,1 1,0 4,0 1,0 0,54 0,590

P4 4,4 0,9 4,2 1,1 0,79 0,431

PS 2,1 0,4 2,0 0,4 1,56 0,121

tabel 3.14: vergeliJ"king posttestvragen P1 - PS tussen leerlingen vczn HAVO en VJotl.

D. Verschillen tussen leerlingen •et en zonder eigen co1puter.

Tenslotte wordt een vergelijking ge•aakt tussen de groepen leerlingen 1et

of zonder eigen ~o•puter. Dit criteriu• is gebruikt bij het verdelen van de

leerlingen die veel of weinig affiniteit hebben •et co•puter-gebruik. Uit

de correlatie-•atrix en uit de faktor-analyse is gebleken dat de vier

beweringen uit groep 2 <A5-ABl sterk aet elkaar sa•en hangen. Hieruit •ogen

we concluderen dat aet deze onderdelen van de pretest hetzelfde •ordt

gemeten. We kunnen daaroa als selectie-criteriua het ant•oord op één

van de ~eweringen kiezen. De eenvoudigste is dan de score op A7, het bezit

van een eigen coMputer.

Het voordeel van deze splitsing is de •ogelijkheid om te kunnen controleren

of het colputer-bezit een belangrijk onderscheid is tussen de leerlingen

aet betrekking tot het effekt dat de spireaeter heeft. Het hoge percentage

leerlingen aet een eigen coaputer dat is gevonden <26Xl kan dan ook beter

Morden gefnterpreteerd.

- 75 -

- - a P(t) x a x t z z 11 11

Al 4,0 0,9 4,2 0,7 -1,46 0,146

A2 3,3 1,2 2,7 1,1 2,73 0,007

A3 2,2 1,0 2,S 1,2 -1,30 0,194

A4 3,7 0,9 3,6 1,0 0,2S 0,777

AS 3,6 1,6 1,3 1,0 9,88 0,000

A6 3,7 1,1 4,S 0,7 -6,S2 0,000

AS 3,1 1,0 4,S 1,0 -6,40 0,000

A9 3,2 1,2 2,3 1.2 3,S9 0,000

AlO 2,S l,S 3,4 1,6 -2,00 0,048

All 2,7 1,3 2,3 1,2 l,SS 0,123

Al2 3,S 1,3 3,7 1,2 -0,71 0,479

Al3 1,6 0,9 1,2 o.s 3,06 0,003

Al4 3,2 0,9 3,4 1,2 -1,26 0,210

AlS 2,0 1,0 1,7 1,0 1. 7S 0,083

Al6 2,S 1,1 2,2 1,0 1,29 0,199

Al7 1,6 o.s 1,2 0,7 2,43 0,017

AlS 4,1 1,2 4,1 1,4 -0,1S 0,881

Al9 3,S 1,3 4,4 1,2 -2,37 0,019

A20 4,4 1,0 4,4 1,1 0,1S O,SS7

A21 3,1 1,0 3,2 1,4 -0,27 0,7S6

A22 3,S 1,1 4,2 1,0 -2,01 0,046

A23 4,2 1,0 4,3 0,9 -0,62 0,537

A24 3,7 1,1 3,9 1,0 -1,14 0,2S6

A2S 2,3 1,0 l,S 0,8 4,0S 0,000

A26 4,1 1,0 4,6 0,9 -2,S3 0,013

tabel. 3.15: wrgeli;i'king pNtesttnoagen Al - A26 tussen ZeerZingen met en IlOrilier trigen ~ter.

Allereerst valt op dat er op veel punten statistisch significante

verschillen Norden Naargenoaen. Uiteraard koaen deze verschillen naar voren

in groep 2 <A5,A6,A8), hetgeen nog eens bevestigt dat aet deze onderdelen

hetzelfde Nordt geaeten. Het gebruikte selectie-criteriua discriaineert dus

ook op de andere onderdelen. Het verschil in score op A2 gee~t aan dat de

toaputer-bezitters aoeten Norden gezDcht onder de leerlingen die

natuurkunde geen aoeilijk vak vinden. Dit koat overigens niet tot uiting in

het rapportcijfer voor natuurkunde CXaet•6,2 ; Xzander•6,2 ; P•I,SS4>. De

scores op A9 en A10 zijn aogelijk een teken dat leerlingen aet een eigen

coaputer een minder gefdealiseerd beeld hebben van coaputer-apparatuur:

ook deze apparatuur heeft storingen, aaakt fouten en kan alleen aaar iets

als dit in de var• van een prograaaa "ordt geleerd. Een kale coaputer neeat

geen Merk over van aensen.

- 76 -

De overige verschillen vinden we in de aate ~aarin de leerlingen positief

of negatief scoren. Hierbij scoren dan de leerlingen aet een eigen coaputar

steeds extre•er dan leerlingen die er zelf geen bezitten.

- - t P(t) lt a lt a z z • • P6 1,9 1,0 1,4 0,8 2,41 0,018

P7 2,2 1,1 2,1 1,2 0,36 0,721

P8 1,7 1,0 1,1 0,6 3,78 0,000

P9 4,3 1,2 4,3 1,1 -o,os 0,959

P10 4,3 1,2 4,9 0,3 -4,64 0,000

Pll 3,6 1,1 3,8 1,2 -0,77 0,441

P12 4,4 0,8 4,8 0,6 -2,41 0,018

Pl3 4,7 0,8 4,7 0,9 0,20 0,840

P14 4,6 0,8 4,S 1,1 0,34 0,734

PIS 2,3 0,9 1,6 1,0 3,08 0,003

P16 4,9 0,4 4,8 0,6 0,74 0,462

tabel 3.16: vergelijking posttestvragen P6 - P16 tussen Z..ezoZingen met en atmt:illzo eigen ~tel'.

De resultaten van de posttest geven aan dat de vooraf geconstateerde

verschillen in het beeld van computer-gebruik tussen de twee groepen

leerlingen ook na het uitvoeren van de spirometer-proef nog bestaan. Bij de

posttest kan aen echter alleen verschil constateren in de aate waarin de

aening positief of negatief is. Nog steeds hebben de leerlingen aet een

co•puter een aeer extreae aening. Of ~it het gevolg is van de grotere

ervaring aet het werken aet een coaputer of van een duidelijker

aeningsvoraing is op grond van deze gegevens niet te zeggen.

- - a P(t) lt a lt t z z • •

Pl 4,2 1,2 4,S 0,9 -1,16 0,247

P2 4,1 1,2 4,3 1,1 -0,91 0,366

P3 4,1 1,0 4,1 1,0 0,17 0,862

P4 4,4 1,0 4,2 1,0 0,66 0,509

PS 2,0 0,4 2,1 0,4 -1,26 0,210

- 77 -

De waardering van beide groepen voor de spireaeter-proef is overigens

gelijk. De proef is blijkbaar niet speciaal geschikt voor één van beide

groepen, er is geen colputer-ervaring vereist, •aar het is ook niet nadelig

als een leerling wel deze ervaring heeft. In beide gevallen wordt de proef

als prettig en ook duidelijk ervaren.

Concluderend kunnen we zeggen dat er slechts geringe verschillen zijn

tussen de onderzochte groepen leerlingen. Op het VWO is het beeld van

co•puter-gebruik in de natuurkunde iets 1eer uitgekristalliseerd dan op het

HAVO. Meisjes hebben •inder ervaring •et ca•puters dan jongens. Deze

ervaring speelt blijkbaar aak een rol bij de •eningsvor1ing over het

gebruik van co1puters, hetgeen volgt uit de vergelijking tussen de groepen

1et en zonder co•puter. Door alle groepen wordt de spiraleter-proef als

prettig en duidelijk ervaren.

- 78 -

3.2.1 Video-opnaaes tijdens het praktikua.

De inrichting van de lokalen aet de spireaeter-opstellingen was zo dat de

observatoren zich aeestal alleen aaar achter de leerlingen konden bevinden.

Hierdoor was het voor hen niet aogelijk oa te verstaan waarover htt overleg

tussen de leerlingen ging. Met het aaken van video-opnaaes is ten poging

gedaan om deze gesprekken wel te volgen. Op de tafels stonden één of

twee aicrofoons naast de opstelling.

Bij de opnaaes is geprobeerd om drie groepjes leerlingen te volgen bij de

uitvoering van een afgerond onderdeel van de proef. De indeling die hierbij

is aangehouden is alsvolgt:

a. hand-ijking <opdracht 1 uit de handleiding)

b. computer-ijking <opdracht 2 uit de handleiding>

c. spirograaaen opnemen <opdracht 3 uit de handleiding)

AfhankeliJk van de tijd die een groepje nodig had voor opdracht 3a is er

beslist of nog een 4e groepje werd gevolgd. Duurde opdracht 3a kort, dan is

er gekozen voo~ een 4e groepje, anders niet aeer.

De opnaaes zijn, evenals de observaties, niet geaaakt onder ideale

oastandigheden:

- de ruimte is vaak beperkt, waardoor de caaera niet alle posities kan

tnntatn die voor een optiaale opnaae noodzakelijk zijn.

- vaak ziJn dt lttrlin;tn allttn van dt achterkant zichtbaar. Dt

opstellingen staan op tafels tegen de auur. - als de voorkant al bereikbaar is, dan zitten de leerlingen toch vaak

verborgen achter de aonitor of de spiroaeter.

- de geluidskwaliteit is •atig tot slecht door beperkingen a.b.t. de

apparatuur en door de aodulatie en deaodulatie van het video-signaal.

- 79 -

Toch zijn de apnaaes voor een graat gedeelte van valdoende kwaliteit vaar

het doel waarvoor ze zijn geaaakt:

- aanvulling van de enquêtes en de observaties.

- registratie van de wijze waarop het praktikul verloopt.

- 1ogelijkheid 01 achteraf nog inforiatie te halen uit het praktikua.

Er zijn niet tijdens alle praktika apnaaes geaaakt. Dit was aak niet nodig

oadat er dan veel te veel 1ateriaal beschikbaar zou zijn d•t aoest warden

geanalyseerd zonder dat er nieuwe inforaatie kon warden verwacht. Bovendien

was er niet voldoende aankracht beschikbaar 01 zoveel opnaaes te aaken. Er

zijn S praktikua-aiddagen gekozen, verdeeld over de 3 deelneaende scholen.

Bij deze keuze was de beschikbaarheid van de video-apparatuur, aaar vooral

v1n de aan die de opnaaes aaakte doorslaggevend. Achteraf bleek dat er

helaas geen opnaaes zijn geaaakt van HAVO-leerlingen.

Op het Eekart College zijn de opnaaes geaaakt gedurende de eerste en derde

dag. De eerste dag draaide het praktikua voor de allereerste keer. De

daarbij optredende probleaen zijn ook geregistreerd <zie 3.4.2>. Beide

keren heeft een helft van de VW0-5 klas de spiraleter-proef uitgevoerd. Bij

het Anton van Duinkerkencollege ziJn op de le en 3e dag apnaaes geaaakt.

Hier deden alleen VWO-klassen aee aet het experiaent. De laatste opnaaes

vonden plaats op de tweede dag van het praktikua op het Hertag Jan College.

Op deze dag zijn apnaaes geaaakt van fén groepje leerlingen gedurende

het hele praktikua. Deze laatste opnaaes zijn bij de analyses in eerste

instantie buiten beschouwing gelaten, aadat het veraceden is gerezen, dat

de leerlingen sterk werden bernvloed door het feit dat ze voortdurend

werden gevolgd.

De video-opnaaes zijn in 2 fasen geanalyseerd. Er is geen strak

observatie-schela gehanteerd zoals bij de rechtstreekse observaties. De

bedoeling was 1eer dat uit de gesprekken en uit het taalgebruik enkele

algemene zaken naar voren kwaaen. Deze zijn vaak niet objectief te aeten.

- BI -

In de eerste fase ziJn de opnaaes bekeken o~ de volge~de 11pecten:

- verloopt het praktiku• vlot

- zijn er organisatorische probleaen

- wordt er geconcentreerd gewerkt

- wordt het coaputer-prograaaa beschouwd als een spelletje

- hoe verloopt de saeenwerking in een groepje

- hoe wordt het werk verdeeld

Tevens is gelet op fouten die vaak worden ge1aakt en op veel voorkoeende

pr~blemen bij de uitvoering van de proef en de bediening van het prograaaa.

In de tweede fase is er vooral naar deze specifieke punten gekeken.

3.2.2 Resultaten van de analyse le fase.

Het grootste deel van de leerlingen is erg geconcentreerd en serieus bezig.

"eestal aerken ze hele•aal niet wat er verder in het lok&al gebeurt.

Afgezien van het groepje dat gedurende he~ hele praktikul is gevolgd,

hindert het feit dat er video-opnaaes worden geaaakt hen niet ltrkbaar. Ook

de observatoren voraen geen •erkbare belaaltring voor het noraalt gedrag

van de leerlingen. Slechts tén keer werd een jongen zo afgeleid door de

ca•era dat hij vrijwel geen aktiviteiten aeer ondernaa. De 1eetgegevens

schreef hij klakkeloos over van zijn buur1an en hij zei vrijwel geen woord

Als de caaera wordt gericht op een nieuwe groep, dan aoeten ook de

1icrofoons worden verplaatst. Dit kon niet op een onopvallende aanier

gebeuren, zodat dit in &lle gevallen ook is opgeaerkt. "eestal aaken

leerlingen daarover ook een opaerking. Na korte tijd <ca. fén ainuut)

is de aandacht voor de aicrofoons al weer verdwenen. Er zijn daarna ook

geen tekenen die erop wijzen dat de leerlingen het vervelend vinden dat hun

gesprek wordt geregistreerd.

- 91 -

Als het colputer-gedeelte van de proef begint worden ze vrijwel alle•aal

enthousiast over de 1anier waarop de 1etingen door de co1puter worden

uitgevoerd. Op1erkingen als: •Doet hij dit alle•aal voor ons• , zijn dan

regeliatig te horen. Nog sterker wordt het enthousias•e als de eerste

1etingen worden verwerkt. De grafieken worden uitgebreid bewonderd (•wat

•ooi•) en als de resultaten worden gegeven dan vinden ze dat prachtig. De

verbazing en het enthousias•e blijven steeds aanwezig, ook al gaat er wat

1is bij de •etingen. Zelfs de noodzaak 01 de ijk1eting te herhalen doet

niets af aan hun houding t.o.v. het auto1atisch 1eten en verwerken.

Een enkele keer slaat de bewondering door naar een bijna heilig ontzag voor

de resultaten die de co1puter geeft. Als er iets fout gaat dan wordt dat

bijna steeds geweten aan een foutieve handeling bij het bedienen van de

apparatuur. Ook het vergelijken van de waarden voor de ijkfaktor die zijn

bepaald in de opdrachten 1 en 2 valt vrijwel altijd uit in het voordeel van

de door de co1puter berekende waarde: •Hij kan dat veel beter dan wij•.

Op de video-opna•es is er één groepje leerlingen dat bij probleien

syste•atisch zoekt naar een fout die uiteindelijk in de apparatuur blijkt

te liggen. Toch beginnen ook deze leerlingen 1et het herhalen van alle

handelingen, o1dat ze ver1oeden dat daar een fout is gelaakt.

Hoe geconcentreerd leerlingen bezig zijn blijkt o.a. uit het feit dat op

ru1oer in het klaslokaal niet of nauwelijks wordt gereageerd. Een groepje

dat langer dan anderen bezig is tengevolge van staringen 1et de apparatuur

heeft niet in de gaten dat alle andere leerlingen al weg zijn. Tussen twee

groepjes is weinig overleg, hoewel ze vaak vlak naast elkaar zitten te

werken. Dat geeft ook aan dat bijna alle aandacht is gericht op de proef.

De spiroleter-proef biedt dus kennelijk voldoende aspecten 01 leerlingen

ruil een uur geconcentreerd te laten werken.

- 82 -

De vraag is daarbij wel gerechtvaardigd of dit aisschitn wordt veroorzaakt

doordat de leerlingen het gebruiken van de coaputer beschouwen als een

spelletje, of door andere redenen. Met naae beataat de kans dat de

bediening van een aicro-coaputer wordt gezien als een spel, oadat de aeeste

tijdschrift-artikelen en reclaae-filapjes over hoae-coaputers dit

leerlingen tegenkolen vooral de aogelijkheden voor ontspanning benadrukken.

Bij de spireaeter-proef wordt dit beeld aogelijk nog versterkt door het

gebruik van cartridges als opslagaediu• voor het prograaaa. Dit is naaelijk

ook een veel gebruikte aethode ca coaputerspelen in een zodanige vora te

verkopen dat het erg loeilijk is o• de software illegaal te copilren.

Uit de video-cpnales blijkt echter niet dat het prograaaa als een spel

wordt beschouwd. Er wordt weliswaar een enkele keer opgeatrkt dat het ten

leuk spelletje is, aaar daarna wordt er weer serieus gewerkt bij de

aetingen. Alleen bij het verwerken van de aetingen koat het wat vaker voor

dat er op een speelse aanier wordt oagegaan aet het prograaaa. Hier ligt de

associatie aet een coaputer-spel dan ook wel erg voor de hand: aet de

cursor-toetsen wordt een aerkteken op het schera naar links en naar rechts

over het spirogral bewogen. In verreweg de aeeste spelen worden de

cursortoetsen op een vergelijkbare aanier gebruikt 01 allerlei figuren te

bewegen. Er zijn enkele leerlingen die doelloos het aarktaken over het

schera laten lopen, alleen oadat ze dat leuk vinden.

Enkele leerlingen spelen aet de opstelling als ze klaar zijn aet de proef.

Er worden aetingen gedaan terwijl ze niet de klok bewegen, aaar alleen de

katrol aet de potentioaeter. Zo kunnen ze willekeurige grafieken op het

schera tekenen. Ook zijn er enkele leerlingen die blijkbaar wat •eer

ervaring hebben aet computers. Zij laten een listing van het prograaaa op

de aonitor verschijnen.

- 83 -

3.2.3 Resultaten analyse 2e fase.

Tijdens de eerste analyse van de videa-cpnales kwa1en enkele punten naar

voren waar de leerlingen probleaen aee hebben. Deze punten hebben te laken

aet de uitvoering van de proef:

hoe 1aet je de klak instellen voor je een 1eting doet

- hoe bepaal je de vitale capaciteit

en aet het gebruik van de coaputer:

- het beantwoorden van de vragen over saaples en aeettijd

- de bediening van het toetsenbard Dl het prograaaa te besturen

Erg veel leerlingen kunnen de vitale capaciteit niet bepalen 1et het

verwerkings-gedeelte van het coaputer-pragra1aa. Hoewel dit aak te aaken

heeft aet de bediening van het progra1aa, is het toch een problee1 dat

vooral fysisch van aard is. Het prograaaa biedt naaelijk de aagelijkheid Dl

verschillen te bepalen tussen 2 punten in een spirogral (zie appendix 2).

De tera vitale capaciteit wordt in.dit gedeelte van het prograa1a niet

gebruikt. Blijkbaar hebben veel leerlingen er dus 1oeite aee aa het begrip

vitale capaciteit te vertalen in een verschil tussen twee voluaes.

Een tweede prableea dat bij een aantal leerlingen optreedt is het niet

kunnen instellen van de klok bij het begin van een aeting. Vaak kiezen ze

als beginstand: I liter. Ze zien vooraf niet in dat de volule-veranderingen

zowel positief als negatief kunnen zijn (vanuit het •rust-niveau• van de

longen is er nag een voluae-verandering aagelijk van ca. +3 liter en -2

liter). Blijkbaar is het voorbeeld-spirograa in de handleiding niet goed

tot ze doorgedrongen. In de aeeste gevallen kaaen ze er na een foutieve

aeting zelf achter dat ze een andere beginstand aceten kiezen. Enkelen

behouden echter de oude stand en passen de ade•haling aan. "en adeat eerst

zo diep aogelijk in, en zet dan pas het aandstuk van de spireaeter aan de

aond.

- 84 -

Zodoende begint aen aet het grootst aogelijke longval~ae, en dus het

kleinst aogelijke volu•e onder de klok. Oadat de proefpersoon in enkele

gevallen nog dieper blijkt te kunnen inadeaen dan aan het begin, gaat deze

aethode toch 1011 fout.

Veel leerlingen hebben aoeite oa de vragen op het beeldscher• over de

•saaple-rate• en de totale •eettijd te beantwoorden. "eestal roepen ze dan

de hulp van de docent in. Blijkbaar hebben ze de tekst in de handleiding

over deze begrippen niet gelezen of begrepen. Het verwijzen naar dat stuk

tekst is aeestal voldoende om de probleaen op te lossen.

Tenslotte blijkt op de video-beelden dat veel leerlingen onbekend zijn aet

het toetsenbord. Dit is niet zo verwonderlijk, oadat de aeeste leerlingen

geen eigen type-aachine hebben. Het besturen van het prograaaa aet

gebruikaaking van letter-toetsen aet speciale funkties (b.v. S • start van

de aetingl gaat vaak aoeizaaa. "eest&l duurt het erg l&ng voor ze een

bepaalde toets hebben gevonden. Dit wordt niet aerkbaar beter als ze langer

aet de proef bezig zijn.

- 85 -

3.3.1 Observaties tiJdens het praktikul.

Bij het observeren van de leerlingen terMijl ze bezig zijn •et het

uitvoeren van de spireaeter-proef Millen MI hun gedrag beschrijven in

teraan van een beperkt aantal gedragscategorietn. We hebben in principe

de keuze uit 2 1ogelijke typen observaties: •event-sa•pling• en

•tiae-salpling•.

Bij event-saapling worden veranderingen in gedrag genoteerd. 01 het gedag

goed te beschrijven is het nodig o• zaMel het type gedrag te noteren, als

de tijd waarop hierin een verandering optreedt. Bij tile-saapling wordt het

type gedrag genoteerd op vooraf vastgelegde tijdstippen. Dit 1aakt het

noteren van de tijd overbodig.

Oadat geen enkele observator ervaring had aet observeren was het

noodzakelijk oa de procedure voor de observatoren zo eenvoudig logelijk te

houden. Daaroa is gekozen voor observaties op basis van •tile-salpling•. De

observaties werden genoteerd oa de 15 s , hetgeen ruil voldoende was.

Een doel van de observaties is 01 te weten te kolen op Melke 1oaenten de

leerlingen probleaen tegenkolen bij de uitvoering van de proef. Hieruit

valt logelijk ook op te aaken waardoor deze proble1en worden veroorzaakt.

Ook kunnen ze hopelijk worden gebruikt ter ondersteuning van de enquttes.

In ieder geval geven ze concrete inforiatie over de tijd die de leerlingen

besteden aan de verschillende onderdelen van de spiroleter-proef.

"et het voorgaande in gedachten zijn de gedragscategorieln vastgesteld

waar1ee het gedrag van de leerlingen kan worden beschreven. Het grootste

probleem hierbij was het for1uleren van gedrag in zodanige ter1en dat het

1ogelijk wordt gelaakt objectief te scoren. Dit betekent dat de ""'j

categorietn zO 1oeten zijn vastgesteld dat het o1schreven gedrl~ . ' •zichtbaar• is. De observator 1oet niet genoodzaakt zijn het gedrag eerst

te interpreteren of te beoordelen. Een slechte for1ulering is b.v.:

•Hoeveel aandacht wordt besteed aan de handleiding?•.

Beter is: •oe leerling kijkt in de handleiding•.

- 86 -

. .

Uiteindelijk zijn 12 c&tegorilln vutq'Hteld.-:·1teze ziJn:

11 - doet niets

1 - ~ijkt in de h&ndle(~ing

2 - btdient toesenbo~d

3 - bekijkt het bttldschera

4 - bouwt 11n opstelling

~ - controleert opstelling

6 - 'htst AD-ouettlr af

7 - ;ult wtrkbl&d in

8 - adeat in spiraatter

9 - overlegt aet leerlingen

111- krijgt/vr&agt hulp

11- speelt •et prograaaa

Oadat er steeds 18-15 leerlingen ttgelijkertijd de proef uitvoerdtn, en er

•ur"":-3 ·observatoren aanwezig waren, is er tevens een roulltie-sche•a

gehanteerd. N&dat een observ&tor 4 ainuten lang de aktiviteittn van ••n

lterling hteft bijgehouden, neeat hiJ 1 ainuut pauze. Daarna koat een

volgende leerling aan de beurt, weer 4 ainuten lang. De pauzt is nodig aa

opaerkingen op het scoreblid te kunnen noteren, v1n pl11t1 te verinderen en

even te ontspannen. De 3 observatortn beginnen aet elk een 1ndere lttrling,

verspreid over de helt groep. Als het pr&ktiku• Ci. 1 uur ·cu ainuten)

duurt koat bij een groep v1n 12 leerlingtn itdtrt leerling precies 3 a11l

11n de beurt, steeds biJ ttn andere abserv&tor.

In de 3e wetk Cap het Htrtog J1n Colltge) is er afgeweken van het hitrbaven .. ,

beschrtven schta&. Oad&t 1lle abserv&toren inaiddels w1t ervaring hlddtn

opged11n~~ en a1d1t het in deze periode een enkele ke•r niet •ogelijk was o• ..

over 3 observatoren te beschikken heeft iedere observator steeds 2

leerlingen tegelijk gevolgd. Dit betekent dat iedere leerling vaker 11n de

beurt kaat. Bovendien warden er •••r observAties per lts ged11n. ·::;:?.-,: r~·

. .,. : -"· - r ..

0• de .;absérvatits van de verschil hn;dl observatoren te kunnen ca•bintrl~~ h

hen rie~rÀ~gd o• ~-egeh&tig de tiJd naast hun scores te v•r•elden Cb.v. bij

het begin van federe 21 periode van 4 ainuten). Hierdaar is het •agelijk

het tijdstip wurop een "btpuldt score i's genoteerd te her'l~idtn ·tot e~n: · tijd cit.e ungeeft ·h:a-elang die leerli-ng al btz i g il ••t de ·p,.aef. Daar'

onregel•atige p1utes van de absetv&toren, en daar het niet geliJktijdig·

beginnen van dt leerlingen en observatoren kunntn n1atlijk verschillt~- · -· . . . : '::-

optrtden tusstn dt scort-lijsttn. De pauzes villen dan nitt ••er ~tliJk.

..

- 87 -

01dat er steeds door andere personen is geobserveerd,· is het 1aar de vraag

o~ alle categorieên op dezel~de wijze door de observatoren zijn

ge!nterpreteerd. Ter controle is steeds aan het einde van een les <na ca.

6B 1inuten> •et 3 observatoren gelijktijdig één en dezelfde leerling

geobserveerd. Hier1ee is het ecgelijk iets over de betrouwbaarheid van de

observaties te zeggen.

3.3.2 Observatie-curves.

De uitgevoerde observaties zijn verwerkt tot gedragscurves, waarin het

aantal waarne1ingen van een bepaald type gedrag is uitgezet als funktie van

de tijd. Voor iedere categorie van gedrag die geobserveerd is resulteert

dit in een dergelijke curve. Hierbij doet zich een enkel problee• voor,

o•dat niet op alle tijdstippen evenveel observatie-scores zijn genoteerd.

Een observator bekijkt steeds .gsdurende 4 •inuten een groepje leerlingen.

Daarna noteert hij 1 1inuut lang geen waarne1ingen. Bovendien zijn de

diverse observatoren niet steeds op het zelfde tijdstip begonnen en lopen

er wel eens enkelen een of twee 1inuten uit de pas. Dit gebeurt als er niet

1 1aar b.v. 2 1inuten nodig zijn 01 een andere positie in te ne1en, af

extra inforiatie op te schrijven. Hierdoor treden er verschillen op tussen

de aantallen waarne•ingen in de verschillende tijdsintervallen.

0• de scores in deze intervallen toch te kunnen gebruiken bij het opstellen

van de gedragscurves, is gebruik gelaakt van de relatieve aantallen scores.

Als ni ttj) het aantal observaties is in categorie i op tijdstip tj, dan is

de gebruikte relatieve frequentie:

n.(t.) n (t.) = 1 J

r J E{n.(t.)} • 1 J 1

Deze relatieve frequentie is voor iedere categorie uitgezet tegen de tijd.

Als voorbeeld is de curve voor categorie 7 weergegeven in figuur 3.1.

----··------------------------------------------------------------------.

- BB -

So

lo

10

$ •o 1r t. U' '" ,.. Y• tC" ro C'l' ~. #r 6;- ........... .

Voor de tijdschaAl is gebruik ge•aakt van de tijdstippen die door de

observatoren naast hun ••arne•ingen ziJn opgeschreven. Dit kan uiteraard

tot enige onnau•keurigheid hebben geleid. Toch ziJn de •aarne•ingen die

zijn genoteerd •et tussenpozen van steeds lS seconde verMerkt ••t een

resolutie van eveneens lS •· Later is hierop nag ••1 een correctie

uitgevoerd. In de volgende paragraaf •ardt hier nader op ingegaan.

3.3.3 Gecorrigeerde observatie-curves.

De curve zoals die in de vorige paragraaf is getekend is niet za nauMkeurig

als het plaatje suggereert. Bij het herleiden van het tijdstip Milrap een

bepaalde observatie is gedaan naar een tiJd na het begin van het praktiku•

treden fouten op o•dat •••stal slechts o• de 11 •inuten de MerkeliJke tiJd

is genoteerd dQ~r een observator. Bovtndien suggereert het plaatje in de ' .

vorige paragraaf~dat de sprongen in het gedrag voor iedere leerling gelden.

Dit is uiteraard niet het geval. Sntlle leerlingen zullen terder ••t het

tekenen van de ijkgrafiek beginnen dan langza•e lttrlingen.

- 89 -

Ook zal niet iedere leerling de handelingen in dezelfde volgorde uitvoeren.

Zo zal een leerling die de handleiding thuis al heeft gelezen direct na het

begin van het praktikul kunnen beginnen •et het aansluiten van de

apparatuur en het instellen van de potentio•eter. Dit in tegenstelling tot

een leerling die eerst nog eens •oet gaan lezen waar het nu allelaal over

gaat.

Dit alles houdt in dat we in feite slechts uitspraken kunnen doen over

•geaiddelde leerlingen•. De gedragscurves zoals die zijn besproken in de

vorige paragraaf •oeten daaroa worden gecorrigeerd. Het gaat hier oa het

afvlakken van de sprongen in de grafiek, over het liddelen van de

observaties in de tijd. Er is gekozen voor het bepalen van een zogenaa•d

voortschreidend geaiddelde. Dit betekent in feite niets anders dan het

gladstrijken van de curves <saoothingl door alle pieken uit te ••eren over

een breder tijdsinterval. De berekening van de nieuwe punten van de grafiek

gaat alsvolgt:

n'(t.) = { n (t. 3) + n (t. 2) + ••• + n (t.+3) } I 7 r J r J- r J- r J

De lengte van het interval waarover het ge•iddelde is berekend (hier 7 x 1~

s.) is ~ekozen dicht bij de 1axi1ale afNijking die op ~an treden bij het

herleiden van de tijdstippen: in 18 linuten NOrdt 8 linuten geobserveerd,

dus de 1axi1ale afNijking in 2 •inuten.

- 91 -

Het resultaat vaar categarit 7 (het invullen van het werkblad) is te zien

in figuur 3. 2.

Jo

2o

r •• 1r ,. ar Jo u· to <t~" ,.. rr- 6. k

~- ; ..........

Een waarde van 2S betekent dat 2S X van de observaties ap dat tiJdstip zijn

gescoord in dt categorie 7. "'t andere waordtna 2S X van de geabstrvttrdt

leerlingen zijn op dat tijdstip bezig tet het invullen van het werkblad.

Otdat er een gttiddelde is bepaald over ca. 2 tinuten togen •• stellen dat

een gttiddeldt leerling op dit tijdstip vaar ca. 2S X de aandacht richt ap

het invullen van het werkblad. Dtzt uitspraak toet wel tèt dt nodige

voorzichtigheid warden gehanteerd. De hotveelheid observaties 11 dertata

klein Cgttiddtld ongeveer 3S scores in ten bepaald tiJdsinterval) dat dt

eigenschappen van de observatoren tn andere invloeden niet klakkeloos togen

worden verwa&rlaasd.

- 91 -

3.3.4 Resultaten observaties.

Uit de curves die in appendix ~ zijn opgenoaen zijn een aantal conclusies

te trekken. Allereerst valt het op dat ondanks de correctie die is

toegepast o• de sprongen in de grafieken te verkleinen, er nog steeds een

sterk wisselend verloop is waar te neaen. Door deze ruis is er bij veel

categoriefn weinig concrete inforaatie te vinden in de grafieken.

Wat er wel uit op te laken valt is een globale beschrijving van de

aktiviteiten die door de leerlingen achtereenvolgens worden uitgevoerd. Men

begint 1et het bekijken van de handleiding <1>, direct gevolgd door het

opbouwen van de opstelling <4>. Vanaf het begin wordt er regelaatig een

beroep gedaan op de docent <lil en vindt er druk overleg plaats tussen de

leerlingen onderling (9). Bij de uitvoering van de hand-ijking wordt de

AD-o•zetter zoals te verwachten is het aeest gebruikt (6l. De handleiding

wordt dan ook nog veel gebruikt, a.n. het werkblad als de ijkfaktor wordt

bepaald uit de ijkgrafiek (7).

Na het begin van het colputer-gedeelte van de proef veranderen er een paar

dingen. Uiteraard zijn de categorieln 2 <bedienen toetsenbord) en 3

(kijken naar het beeldscher•> vanaf dat tijdstip <1~ - 21 ainuten na het

begin van de proef) erg belangriJk. Opvallend is echter dat de handleiding

-dan steeds •inder wordt gebruikt (1). DuideliJk herkenbaar zijn ook de

101enten waarop een spirogral wordt opgenoaen <Bl en verwerkt (2). Tegen

het einde van de proef wordt het 1inder duideliJk, 01dat de groepen

leerlingen niet 1eer geliJk op "erken, en 01dat ze •etingen herhalen. Uit

de tijd tussen de eerste twee pieken in curve B <blazen in de spiro•eter)

kan nog wel worden afgeleid dat voor opdracht 3a 11-1~ 1inuten nodig is.

De curve vaar de categorie I <niets doen) geeft aan dat de proef gedurende

het hele praktiku• blijft boeien. Er is weinig verandering "aar te neaen in

het aantal leerlingen dat nergens aee bezig is. Alleen op het aaaent dat

het computer-gedeelte van de proef begint is er een tijdelijke stijging te

zien.

- 92 -

Tenslotte geeft categorie 11 Chulp van de docent) aan-dat er ook geen

duidelijke punten zijn in het verloop van de proef Mllr probleaen optreden.

De pieken in het begin van de curve treden op daar de controle van de

opstelling daar de docent. Later lijken er vlak vaar de le aating nog ••t

aeer vragen te ziJn, en ook na deze aeting. Aan het tlat van de proef

vinden •e eveneent veel vragen aan de docent. Opvallend it dat de aeting en

de ver•erking van de t•eede en volgende aetingen biJna geen probleaen •••r geven.

Ne aagen uit dit alles de volgende conclusies trekken&

- bliJkbaar hebben veel leerlingen de proef nog niet erg goed vaarbereid

Cze beginnen aet het lezen van de handleiding)

- de proef blijft de leerlingen de hele tijd boeien (categorie I blijft

laag) - naaraate de proef vordert, daalt de belangttelling vaar de handleiding

het coaputer-gedeelte levert geen duideliJke probleea-punten ap

- er vindt veelvuldig averltg plaats tultin dl leerlingen

- 93 -

3.4.1 Vergelijking evaluaties.

Een van de belangrijkste conclusies uit het veld-expariaent is dat de

leerlingen op een voor hen prettige wijze iets hebben geleerd over een

nieuwe aanier van •eten en over een nieuw stuk fysica: de ~ysica van het

aenselijk lichaa•. Dat ze het praktikua een prettige ervaring vonden blijkt

zowel uit de enquêtes als uit de video-opna•es. Het enthousias•e waar1ee

ze bezig zijn (en blijven) zegt genoeg. Ook het feit dat uit de observaties

blijkt dat weinig leerlingen •niets doen• draagt bij tot deze conclusie.

De leerlingen steken van de proef een aantal dingen op. Deze hebben

betrekking op begrippen die te •aken hebben aet autoaatisch •eten, •aar ook

aet de ade1haling. Het doel dat wordt gesteld in 1.4 is gedeeltelijk

bereikt, en dat door een enkel coaputer-experilent aan de leerlingen te

presenteren. Het is redelijk 01 te verwachten dat de doelstelling beter

wordt bereikt door aeer co1puter-experi1enten te gebruiken. Uiteraard is op

grond van de in dit onderzoek verkregen geqevens niet te zeggen of een

delonstratie-proef 1et een co1puter hetzelfde effect heeft als een

praktiku•-proef waar de leerlingen zelf de apparatuur bedienen.

Uit de enquêtes en het proefwerk wordt duidelijk dat het gebruik van een

co1puter bij een praktikui-proef niet belea1erend hoeft te werken op het

begrip van de fysica. Het proefwerk is erg goed gelaakt, en ook zijn de

schattingen van de adeahalings-para•eters na het uitvoeren van de proef

nauwkeuriger en vertonen ze ook 1inder spreiding dan voor het praktikua.

MiH R@ift &lijkbttr tin beter idee gekregen van de grootte van deze

para11ters.

Een twttdl conclutil it dat de ervaring 1et colputers die leerlingen vooraf hebben van grote invloed is op de beeldvor•ing over het gebruik van

computers in de natuurkunde. De •ervaren• leerlingen hebben een grotere

voorkennis van de logelijkheden •et colputers dan leerlingen •et weinig of

geen ervaring. Na afloop is er nog steeds verschil tussen deze groepen,

•aar dan alleen nog •aar in de aate waarin hun •ening positie~ a~ negatief

is over onderwerpen die te •aken hebben aet coaputer-gebruik in de

natuurkunde.

- 94 -

Het effect van dt spiroltter-proef is veel groter biJ dt onervaren

leerlingen. Hierdoor kan het ziJn dat een serie van enkele

co1puter-experi1enten 1inder invloed heeft op het beeld dat leerlingen

hebben van colputer-gebruik in dt natuurkundt dan uit dit tnt txptritent

valt af te leiden. Het onderzotk van dt Universiteit van Attttrdat kan

hierover tischien teer uitsluitsel geven.

Er zijn verschillen gevonden tussen ttisJes en jongens. Deze ko11n vooral

neer op een verschil in bekendheid 1et de tegelijkheden van catputers. Dit

verschil is terug te voeren op het verschil in ervaring dit ttisjes tn

jongens hebben tet coeputer-gebruik. Meisjes htbbtn veel tinder dan Jongens

gewerkt ttt co•puttrs. Ook is het colputer-bezit vttl lager ander •eitjes

dan ander jongens. Het gebruiken v~n een ca1puter zoals bij de

spiroleter-proef zorgt er in ieder geval vaar dat aak ltitjes ervaring

opdoen ••t het werken •et een ca1puter. Ttvens kunnen ze zich dan ltdt ap

basis van die ervaring een tening varten over htt gebruik van catputtri in

de natuurkunde.

3.4.2 Ervaringen 11t de spirattttr-pratf in de kl11.

De 11nier waarop het praktikut is uitgevoerd C6 opstellingen ttt ca. 12

lterlingtn) is nag niet eerder gebruikt bij dt sptrattter-pratf. Hitrdaar

hebben we dt •agelijkhtid te bekijktn af een dtrgtliJk praktikut kan warden

gtarganiseerd tijdens nartalt ltssen.

Bij de vaarbereiding is er steeds vtal energit gestapt in het apbauwtn van

dt opstelingen. Dit had uiteraard te taken tet het feit dat allt apparatuur

ook stteds wtrd gttest, 111r etn 11nt1l zaktn htbbtn tt tlktn ttt dt

tigenschapen van dt gebruikte apparatuur.

- 95 -

- De 1icro-co1puters <Co••odare-64) hebben geen st•viq uitgevoerde

aansluitingen op de USER-poort en de EXPANSION-paart. Hierdoor is het

riskant om de leerlingen zelf de aansluitingen te laten verzorgen.

Verkeerde <ruwe) handelingen kunnen het verlies betekenen van de

logelijkheden om apparatuur aan te sluiten op deze poorten.

- Twee lokalen die zijn gebruikt waren ingericht als ca•puter-lokaal.

Dit betekende dat de apparatuur zö was opgesteld dat

verbindingskabals e.d. waren weggewerkt in een kast af in kabelgoten.

Verder stonden de colputers erg dicht op elkaar. Hierdoor waren

aansluitpunten •oeilijk bereikbaar, en was er vrijwel geen rui1te voor

de overige praktiku•-apparatuur. Tijdens het veld-experi•ent •oest er

daaro1 steeds veel werk worden verzet 01 alle apparatuur op te

stellen.

Het 3e lokaal was een praktikui-lokaal voor natuurkunde. Hier zijn

nor1aal geen colputers aanwezig. Voor ieder praktiku• •oesten deze

steeds worden verplaatst van het colputer-lokaal naar het

praktiku•-lokaal. Hoewel de a•anuensis~hier erg veel hulp bood is dit

geen ideale situatie voor nor1ale lessen.

Alles bij elkaar vergt het veel organisatie en inzet 01 op deze •anier een

praktiku• te doen. A~s dit in een gewone les •oet plaatsvinden worden er

erg hoge eisen gesteld aan de assistentie van een a•anuensis, zeker als er

regeliatig dit soort praktika plaatsvinden. Een ideale situatie is •aailijk

te o•schrijven, en zal afhangen van lokale o•standigheden. In ieder geval

is het verstandig oa een co•puter-lokaal zö in te richten, dat de

colputers ook kunnen worden gebruikt bij andere vakken dan infor•atica.

Voor natuurkunde betekent dit b.v. dat er rui1te •oet zijn 01

praktikui-apparatuur op te stellen en aan te sluiten. Ook de keuze van

•aterialen die worden gebruikt voor tafels e.d. speelt dan een rol. Zo •oet

het b.v. •ogelijk zijn 01 water te gebruiken bij praktikul-proeven. Een

tafel die is bekleed •et vilt is dan niet zo geschikt. Nellicht dat ook de

natuurkunde-docenten bij de inrichting van deze lokalen loeten

•eebeslissen.

- 96 -

De praktikua- en andere rand-apparatuur speelt een grote rol bij het

uitvoeren van een coaputer-proef. Een veilig gebruik, zoNtl naar de

leerlingen toe, als in het systeea zelf, is erg belangrijk. Het gehele

coaputer-systeea aoet bestand zijn tegen (eventueel ondeskundig) gebruik

door leerlingen. Een beveiliging tegen het gebruik van te hoge spanningen

•oet aan•ezig zijn, aaar ook ••g de apparatuur elkaar onderling niet

storen. Dit heeft bij het veld-experi•ent een paar keer voor proble•en

gezorgd:

- De voedingen van de AD-o•zetters zijn niet ontstoord. Dit betekent dat

er bij het inschakelen van de AD-a•zetter een staarpuls op de liJnen

van de USER-paart van de Ca••adare-64 ko•t. Als de aicro-caaputer al

is aangezet geeft dit vaak hinderlijke proble•ena het progra••• Nordt

gereset af blijft hangen, prableaen op de grafische pagina's etc. Deze

angeNenste staringen zouden zeker •oeten •arden opgeheven door de

fabrikant.

- Op het Hertog Jan Callege Nlrtn de •icro-co•puters verbonden •et

elektronische schakelkasten <YIC-sNjtch) a• het aagtlijk te •aken dat

er •eerdere •icro-co•puters gebruik kunnen ••ken van fén diskdrive

en *én printer. Ook hier deed zich het problee• voor dat

stoorpulsen de co•puter geheel plat legden of dat het bteldscher• de

grootst •ogelijke onzin vertoonde. Het is utter•ate J••••r dat

dergelijke voor storing gtvoeligt apparatuur kan •orden verkocht.

Tijdens het expert•ent trad er nog een fout in de AD-o•zetters 11n het

licht. De helft van de ~ebruikte AD-o•zetters ••rkte niet hel••••l goed.

Nor•••l aoet de AD-a•zetter aak zander aangesloten •icra-co•puttr kunnen

•erken. D.N.z. een aangtboden spanning op de analoge ingang •oet een

uitlezing op de display geven als de schakelaar voor uitlezing in de stand

•ANALOOe• staat. Dit ••s biJ de helft van de apparatuur niet het geval.

Belukkig is het op te lossen door de schakelaar in de stand •DIBITAAL• te

zetten, •••r dit is didaktisch gezien niet zo goed.

- 97 -

Bij het spiro•eter-praktiku• bestaat het eerste gedeelte van de proef uit

het ijken van de opstelling zonder 1icro-co1puter. Hier kwa• de helft van

de leerlingen in de prable•en daar het onjuist functioneren van de

AD-o•zetter. Het 1oet voor de fabrikant een kleine ingreep zijn a• dit

problee• te verhelpen, •aar blijkbaar heeft hij niet de juiste kennis af

kunde in huis. Een teruggestuurde AD-alzetter werd angerepareerd weer naar

·de eigenaar gezonden. Dit zou niet logelijk 1oeten zijn.

3.4.3 Ervaringen met het computer-programma

In deze paragraaf kamen een aantal zaken aan de arde die te laken hetben

1et de werking van het camputer-pragra11a vaar de spiraleter-proef. Ondanks

het feit dat het progra11a al een paar keer is gereviseerd, traden er toch

nog enkele fouten op bij het gebruik door de leerlingen. Ook bij het

uitvoeren van de proef door de docenten werden enkele op1erkingen gelaakt

om het progra•ma te verbeteren.

1. Het is erg hinderlijk als de foutlelding •Dat 1ag niet•, •te weinig

extre1en• of •extre1en verkeerd aangegeven• wordt gegeven, zonder dat

~aarbij inforiatie wordt gegeven wat er dan verkeerd is gedaan af op

welke 1anier dit kan warden verbeterd. Ditzelfde prableea doet zich

voor als bij het invoeren van getallen een fout wordt gelaakt. Als er

een letter wordt getypt i.p.v. een cijfer verschijnt de foutlelding

van het systee• •reda fram start". Ook het gebruik van de deci1ale

ka11a i.p.v. een punt levert verkeerde resultaten. Het is wenselijk

dat op deze zaken een goede controle plaatsvindt, en dat bij fouten

een adequate feed-back naar de leerlingen wordt gegeven.

2. Het progra11a voert geen test uit of er een •eting is uitgevoerd op

het 1o1ent dat het verwerkingsgedeelte wordt gekozen. Als er wel een

ijk1eting is gedaan wordt geprobeerd deze te gebruiken bij de

verwerking. Dit kan niet, en bovendien loopt het progra11a vast:

alleen het uitzetten van de apparatuur helpt dan nog.

- 98 -

3. Het is erg ja11er dat na het verwerken van een lating de 1et kruisjes

aangegeven 1eetpunten niet leer beschikbaar ziJn vaar een tweede

verwerking, terwijl ze nag wel in de grafiek staan getekend. Een

keuze-lagelijkheid 01 de aangegeven punten te bewaren af weg te gaaien

zou erg handig zijn, vooral bij foute invoer van deze punten. Het 1aet

dan wel zo zijn dat bij het weggaaien van de 1eetpunten aak de grafiek

weer wordt schaongeaaakt.

4. Op enkele 1a1enten tijdens de proef wordt er te weinig af juist te

veel inforiatie op het schar• gegeven. De extra pagina, na het tekenen

van de ijkgrafiek, waarop de waarde van de ijkfaktor voor de tweede

11al wordt gegeven, is overbodig. Hetzelfde geldt vaar de tabel 11t

lietwaarden die op het schera verschijnt bij de ver•erking van een

lating. De leerlingen •eten niet wat ze er1ee 1aeten doen. Ze hebben

de inforiatie niet nodig en het brengt ze alleen 1aar in verwarring.

Een keuze-lagelijkheid is hier op zijn pl1ats. Dak 1aet de

inforiatie-pagina vöar een aeting warden aangepast. De gegevens

hebben betrekking op oude spira1eters.

~. Enkele docenten vanden het storend dat de resultaten van de 1etingen

1et een te grote nauwkeurigheid warden gepresenteerd• een ijkfaktor in

4 cijfers. Dit versterkt de 1ening van veel leerlingen dat calputers

alles veel beter kunnen dan zijzelf, terwijl er geen rekening wordt

gehouden 1et grote onnauwkeurigheden bij het uitvoeren van de proef

daar de leerlingen.

6. Het feit dat een inforiatie-pagina niet kan warden teruggeroepen is in

enkele gevallen erg nadelig. Als een leerling denkt de pagina goed te

hebben gelezen, 1aar later ontdekt dat dit toch niet za is, dan is er

geen hulp lagelijk daar terug te bladeren. Het zou prettig zijn als

deze •blader-funktie• wordt apgenaaen in het pragra111.

- 99 -

4.1 Meten en regelen. een inleiding.

Veel apparatuur waar leerlingen tegenwoordig mee te maken krijgen heeft een

of andere ingebouwde regel-funktie. Dit kan varitren van het lampje in de

koelkast tot de volautomatische wasmachine of van de theraostaat van de

centrale verwarming tot een robot die ze op een excursie zien. Meestal

blijven de regelingen vrij eenvoudig (mechanisch), zodat een leerling met

een bepaalde hoeveelheid technisch inzicht al kan begrijpen hoe de regeling

werkt.

Toch is het jammer dat velen het voortgezet onderwijs verlaten met een

flink pakket natuurwetenschappelijke kennis zonder kennis te hebben gemaakt

met een wezenlijk stuk toegepaste fysica, zoals de meet- en regeltechniek.

Op dit terrein komen ee~ groot aantal aspecten van de natuurkunde samen,

terwijl ook vrijwel al het experimenteel fysisch onderzoek onmogelijk is

zonder de hulp van regelsystemen. Het zou daarom goed zijn in de

natuurkunde-lessen eens aandacht te besteden aan het onderwerp meten en

regelen.

In dit hoofdstuk wil ik daarom komen tot een beschrijving van een aantal

leerdoelen die zouden kunnen worden gehanteerd bij het opzetten van een

extra stuk natuurkunde-onderwijs over het onderwerp aeten en regelen.

Hierbij kan worden gedacht aan het opnemen in de exameneisen, of aan een

nieuw keuze-onderwerp bij het VWO-exaaen. Dat i& ook de reden dat deze

leerdoelen zijn geformuleerd op een manier die ook wordt gebruikt in de

huidige examen beschrijvingen.

De formulering is tot stand gekomen door een studie naar leerdoelen die

behoren bij leerpakketten over dit onderwerp. Vaak betreft het buitenlandse

leerboeken. In de meeste gevallen gaat het om lesmateriaal dat •regelen"

als onderwerp heeft. Het "meten• komt bijna niet aan de orde. Ik wil hier

echter de term meten en regelen blijven gebruiken.

- 100 -

Ook heb ik gesprekken gevoerd met een aantal mensen die werkzaam zijn op

het gebied van de meet- en regeltechniek aan de TH-Eindhoven. Aan hen is de

vraag voorgelegd om aan te geven welke aspecten van hun vakgebied in

aanmerking zouden komen om te worden opgenomen in het natuurkunde-onderwijs

op scholen voor voortgezet onderwijs,

4.2 Heten en regelen in lesmateriaal.

Om een idee te krijgen welke aspecten van meet- en regeltechniek

toegankelijk zijn voor leerlingen in de bovenbouw van het HAVO/VWO heb ik

enkele leermethoden uit binnen- en buitenland bekeken waarin 1eten en

regelen is opgenomen. Hierbij heb ik vooral gekeken naar de onderwerpen die

worden behandeld in deze methoden. Achtereenvolgens zullen de volgende

leermethoden de revue passeren:

Nederland PLON-theu (onderbouw> "Schakelen en regelen•

Nederland VWO-bovenbouw-thema •Autoutisering•

Duitsland IPN-curriculum "Steuerung und Regelung~

Duitsland IPN-curriculum •steuerung und Autoution•

Engeland Open University •control•

Engeland Engineering Science Project •Electronics, Systeas and AnaloguesM

A. Schakelen en regelen, PLON-thema voor de onderbouw van het HAVO.

In dit thema ligt de nadruk op het •aken van elektrische schakelingen

met een nuttige funktie in het dagelijks leven. Het ia duidelijk een

technisch thema [30]. Naast een herhaling van begrippen als stroom,

spanning, weerstand en veraogen voeren de leerlingen zelf onderzoeken

uit aan een aantal schakelingen aet een regelfunktie. Het gaat hierbij

om schakelingen die zijn gebaseerd op een aantal fysische

verschijnselen die de leerlingen al kennen.

; '

- 101 -

Een bimetaal, een LDR en thermokoppels Morden g•bruikt als detektor.

De schakeling reageert op veranderingen in temperatuur respektievelijk

licht~intensiteit door stromen door verwarmingsdraden of lampjes in of

uit te schakelen.

De theorie van regelingen wordt niet behandeld. Wel komen onderwerpen

als gevoeligheid van de regeling en het instellen daarvan aan de orde,

zij het slechts kwalitatief~ Eén onderzoek gaat over het verkleinen

van temperatuurschommelingen die bij een regeling optreden.

Opgemerkt moet worden dat de "regel-schakelingen" die in het thema

voorkomen vaak •stuur-schakelingen" zijn. De meeste schakelingen

:orgen voor een alarmering (een lampje gaat branden of iets

dergelijks>. Van terugkoppeling is slechts in één geval sprake

<CV-regeling>.

B. Automatisering, VWO-bovenbouw-thema.

In dit thema Morden in feite twee onderwerpen <electronica en

automatisering> gecombineerd. Aan de hand van een sche•atische

voorstelling van automatische processen (waarnemen, denken, handelen,

terugkoppeling> komen in afzonderlijke hoofdstukken de onderdelen van

zo'n proces aan de orde. Ook aan het •aeten" wordt in dit theaa

uitdrukkelijk aandacht besteed.

De voorbeelden die worden gebruikt zijn afko1stig uit de electronica:

electronische sensoren, electronische bewerkingen (logische ~oorten>.

In een apart hoofdstuk wordt ingegaan op de verschillen tussen sturen

en regelen en wordt het begrip terugkoppeling nader uiteengezet. Er

wordt onderscheid gemaakt tussen sterke en zwakke terugkoppeling.

- 102 -

Onderwerpen die in het theaa warden behandeld :jjn, bovendien:

digitale signalen: wel af geen spanning

analoge signalen : signalen met spanningen van variabel niveau

- analoog-digitaal-omzetting

- binaire code

- micro-processor/micro-computer

Ook is er in het thema veel aandacht voor de geschiedenis van de

automatisering en voor de gevolgen ervan voor de maatschappij.

C. Steuerung und Regelung, Heft 8.4 van het IPN-curriculum

In dit lespakket worden de begrippen sturing en regeling grondig

toegelicht. Hierbij maakt men gebruik van elektrische schakelingen

waarin een LDR, en bimetaal en vaak een spoel zijn opgtnoaen. De spoel

wordt samen met een metaalstrip gebruikt om stromen in of uit te

schakelen (relais).

Naast deze praktisch-technische toepassingen is een deel van het

aateriaal gewijd aan het opstellen van blok-scheaa's waarin de werking

van schakelingen wordt beschreven in teraen van fysische grootheden.

Aan de hand van deze scheaa's wordt ook het onderscheid tutsen sturing

en regeling duidelijk. Bij regeling hebben we te aaken aet een

gesloten kring <terugkoppeling>. Bij 1turing ontbreekt de tweede

kring. Er wordt nog anderscheid gemaakt tussen tegenkoppeling en

meekoppeling bij regelingen.

D. Steuerung und Automation, Heft 10.2 van het IPN-curriculum

Dit theaatisch opgezette lesaateriaal geeft aandacht aan een aantal

regelingen totgepast op een autoaatisch verlopend proces in de

industrie. Nadat een produktie-proces (flessen vullen op een lopende

band> is opgedeeld in een aantal opeenvolgende deelprocessen besteedt

aen aandacht aan deze delen afzonderlijk (automatische reiniger,

vul-installatie, afsluiter en de lopende band zelf>. Het proces is

toegespitst op electre-mechanische voorbeelden.

- 103 -

Het gaat in het lesmateriaal vooral om de samenhang van fysica,

techniek en maatschappij, De aandacht voor fysische begrippen richt

zich voornamelijk op de basiskennis, nodig voor het begrijpen van de

~erking van de onderdelen van het proces aan de lopende band.

In het thema worden de diverse onderdelen tenslotte samengebracht tot

een ~erkende installatie, die door een aantal leerlingen gezamenlijk

~ordt bediend. Hierna volgt nog een uitleg over mechanische

programmasturing.

E. Control, Technology Foundation Course 1á van de Open University

Deze cursus staat op een hoger peil dan die in de voorgaande

beschrijvingen. Ze is dan ook bedoeld voor studenten aan de Open

University, dus na de secondary school. De ~iskundige onderbouwing is

nadrukkelijker aanwezig en deze is complexer, dan in de vorige

pakketten. De onderwerpen uit de regeltechniek ~orden voornamelijk

theoretisch behandeld: veel wiskunde en toepassingen alleen op papier.

Een verklaring hiervoor moet worden gezocht in het feit dat de cursus

is bedoeld voor zelfstudie.

De bedoelde onderwerpen zijn:

Systeem, regeling, terugkoppeling, proportionele regeling,

PO-regeling (proportioneel + differentilell,

I<ntegrerendel-regeling, PlO-regeling, sensor,

input-bewerking-output, blok-diagram, positieve en negatieve

terugkoppeling, systeemgedrag, oscillaties.

F. Electronics, Systems and Analogues van het Engineering School Project

Dit pakket, dat voornamelijk als leestekst is geschreven, is bedoeld

als cursus op A-level <VWO-niveaul. Alleen het onderdeel •systems"

gaat over meten en regelen en behandelt de begrippen: transducer,

input en output, proces, onderscheid tussen regeling en sturing,

positieve- en negatieve terugkoppeling, oscillaties als gevolg van

looptijden. Het is slechts een kwalitatieve benadering van deze

onderwerpen.

- 104 -

4.3 Meningen van deskundigen.

Ik heb gesprekken gevoerd met enkele lensen, die werkzaam zijn op het

gebied van de meet- en regeltechniek. De vragen die daarbij aan de orde

zijn geweest, zijn of het wenselijk is de natuurkunde op het HAVO/VWO uit

te breiden aet een onderwerp aeten en regelen, en welke aspecten van dit

onderwerp daarbij dan aan de orde kunnen komen. Het gaat daarbij niet

uitsluitend om de leerlingen die na het voortgezet onderwijs in een

technische richting verder gaan, maar ook om de leerlingen voor wie het

onderwijs het laatste natuurkunde-onderwijs is. Verder heeft bij de

gesprekken de toepassing van de micro-computer een rol gespeeld, a.n. waar

het gaat om toepassingen bij een praktikum-proef.

Uit deze gesprekken komt steeds weer een bevestiging naar voren van hetgeen

al in het lesmateriaal is aangetroffen: in de bovenbouw van het HAVO/VWO

kan aandacht worden geschonken aan meten en regelen, •aar het zal beperkt

aceten blijven tot een kwalitatieve benadering i.v.m. een gebrek aan

wiskundige kennis. 0• enig idee te krijgen van het gedrag van

(regel-)systemen is kennis van differentiaal-vergelijkingen nodig, en deze

is niet aanwezig bij leerlingen in de bovenbouw van HAVO en VWO. "en zet

daarom ook vraagtekens bij het opnemen van dit onderwerp in het

lesprogramma op VWO en HAVO, zeker in de onderbouw.

De onderwerpen die werden genoemd als aogelijkheid oa op te ne•en in het

lesprogra••a zijn: - algemene pricipe van regelen: meten, vergelijken, regel-aktie

- het bijbehorende blok-schema

- terugkoppeling

- evt. oscillaties

4.4 Selectie van onderwerpen.

Op grond van het in 4.1 beschreven lesmateriaal kan een pakket onderwerpen

worden opgesteld uit de meet- en regeltechniek. Dit pakket kan worden

gebruikt bij het opstellen van de leerdoelen voor een nieuw stuk

natuurkunde in de bovenbouw van het HAVO/VWO. Hierbij is vooropgesteld dat

de behandeling van deze onderwerpen mogelijk moet zijn voor leerlingen in

de bovenbouw. De wiskundige kennis van deze leerlingen zorgt dan ook voor

de grootste beperking. Het begrip differentieren is wel bekend, maar het

gebruik ervan bij fysisch-technische toepassingen zal menige leerling voor

problemen stellen. Integreren en differentiaalvergelijkingen vervallen

eveneens.

De volgende onderwerpen kunnen wel in aanmerking komen:

- automatisch proces of systeem: hierbij kan worden gedacht aan

toepassingen als in het PLON-thema nschakelen en R~gelen•,

alarmerings-schakelingen.

- blokschema: het beschrijven van de invloed die de diverse onderdelen

van een proces, systeem op elkaar uitoefenen. Als voorbeeld kan

de beschrijving dienen die in het IPN-curriculum deel 8.4 wordt

gebruikt.

sturing en regeling: de verschillen beschreven in termen van het

blokschema.

- terugkoppeling: als essentitel onderdeel van een regelkring dient

dit zeker aan de orde te komen. Eventueel kan hier nog

onderscheid worden gemaakt tussen positieve en negatieve

terugkoppeling.

- sensoren, detektoren, transducers: bij een regeling zullen deze

onderdelen niet kunnen ontbreken. Ze horen dus ook thuis in het

lesmateriaal.

- 116 -

- analoge en digitale signalen: deze begrippen kun~en vrijMei

gelijktijdig aet sensoren worden behandeld, door het aaken van

een onderscheid tussen aan/uit-detektoren en continue detektoren.

- systeemgedrag: dit blijft bepérkt tot het optreden van oscillaties.

Verklaringen in termen van wiskundige beschrijvingen valt buiten

bereik van de leerlingen. Wel kan hier eventueel een onderscheid

worden guukt tussen ··zwakke• en •sterke• terugkoppeling zoals

die beschreven is in het VWO-bovenbouM-theaa •Automatisering•.

De voorbeelden die worden geko2en kunnen zowel aechanisch,

electro-aechanisch als electronisch zijn, De keuze zal aoeten afhangen van

het anhoord op de vraag of electronica een deel van het

natuurkunde-onderwijs moet zijn. Mijn persoonlijke voorkeur gaat uit naar

voorbeelden uit de electronica. Hierbij gelden voor aij de volgende

argumenten:

1. De electronica is in het huidige natuurkunde-onderwijs vrijwel Qeheel

afwe2ig. Hoogstens wordt de werking van een halfgeleider-diode of

-transistor behandeld, aaar daar blijft het vaak bij. Zelfs de

praktikua-apparatuur (b.v. aultiaeters) is zelden electronisch van aard.

Vaak geldt daarbij het argu•ent dat leerlingen er ainder van leren. In

de aaatschappij echter zijn de electronische hulpaiddelen al bijna niet

aeer weg te denken. De leerlingen worden dus voorbereid op hun

funktioneren in een aaatschappij vol electronica, terwijl ze er in het

onderwijs niet of nauwelijks aee te aaken krijgen. Dit liJkt Qeen goede

zaak.

''

- 107 -

2. De voorbeelden in de electronica zijn vaak eenvoud~~er te realiseren.

Bij (electro->mechanische regelingen is het vaak noodzakelijk dat de

opstelling al opgebouwd en ingesteld is. Als leerlingen zelf dergelijke

opstellingen bouwen is de instelling erg lastig en kost dit veel tijd.

Electronische schakelingen daarintegen zijn snel door de leerlingen zelf

op te bouwen uit losse onderdelen op een experimenteerbord. De

werkvormen in de klas kunnen daardoor afwisselender zijn (meer praktika

b.v.l en de leerlingen kunne~ zelf ervaren wat er voor nodig is om een

regeling werkende te krijgen.

3. Het onderwerp meten en regelen heeft een nauwe verwantschap met het

gebruik van computers. Het ligt voor de hand om de kracht van deze

electronica juist te laten zien in regel-toepassingen (snelheid,

nauwkeurigheid>.

Nadelig is wel dat voorbeelden uit de electronica minder duidelijk en

minder doorzichtig kunnen zijn voor leerlingen. Zeker geldt dit als IC's

worden gebruikt die er allemaal hetzelfde uitzien. Misschien is een

combinatie van electronica en electro-•echanica wel de beste oplossing, al

:al het gevaar voor verwarring bij de leerlingen •ogelijk groter zijn.

- 108 -

4.5 Trends in lesmateriaal.

Het in paragraaf 4.2 beschreven lesmateriaal is verschenen in de periode

van 1972 - 1984. Er is een vrij duidelijke trend in te ontdekken waar het

toepassingen en voorbeelden van regelingen betreft. Het oudere 1ateriaal

<IPN-curriculum, Open University> richt zich vooral op electro-aechanische

voorbeelden en toepassingen, terwijl in •eer recent •ateriaal

(Automatisering> veel meer elektronische voorbeelden worden gebruikt. In

het thema automatisering geldt dit voor vrijwel alle genoe1de voorbeelden.

Wel worden hierin de elektronische schakelingen vaak toegelicht met een

elektromechanische equivalent: een schakelfunctie van een transistor is dan

vervangen door een relais.

Deze trend loopt parallel aan de ontwikkelingen die zich hebben voorgedaan

in de regelingen die in huis en in de industrie worden gebruikt. Als

voorbeeld kan gelden de ther1ostaat van de CV-installatie in huis. Was het

10 jaar geleden in vrijwel alle gevallen een bi1etaal dat aet de hand werd

ingesteld, nu zien we steeds vaker elektronisch• (aeestal progra11eerbare>

apparatuur die voor de gewenste war1teregeling zorgt.

Ook in minder vernieuwend lesmateriaal is deze trend enigszins

waarneembaar. Er verschijnen sinds enige tijd •klassieke• leerboeken waar

ook andacht wordt geschonken aan toepassingen van transistoren [15].

Zoals ik al in 4.4 heb gezegd is het een goede zaak dat de elektronica in

de natuurkunde aan bod koat, en dat er pogingen worden gedaan de leerlingen

beter voor te bereiden op een aaatschappij vol electronica. "en eoet

daarbij wel bedenken dat er veel natuurkunde-docenten zijn die geen

opleiding hebben gehad in de eletronica, en zeker niet in de digitale

electronica. Het streven van o.a. het VWO-bovenbouw-projekt naar een plaats

voor electronica in het natuurkunde-onderwijs is daaroa niet voldoende. Nu

al zouden initille lerarenopleidingen aandacht loeten besteden aan deze

nieuwe technologie, 1aar ook is nascholing van docenten op het gebied van

(vooral ook digitale) electronica gewenst.

Niet alleen voor het verzorgen van lessen over deze-1oderne technologie,

maar tevens als extra achtergrond voor het kunnen uitvoeren van andere

taken van de docenten. Ik denk hierbij aan:

het assisteren en begeleiden ~an de amanuensis bij zelfbouw of

reparatie van electronissche apparatuur voor praktika e.d.

- het opzetten van nieuwe praktikum-proeven waarbij electronische

componenten of zelfs hele sthakelingen een rol spelen.

- het begeleiden van leerlingen bij een project over electronica.

- het kunnen helpen van leerlingen die bij b.v. een hobby stuiten op

vragen over electronica.

Tenslotte is een grotere kennis van (digitale> electronica dan nu het geval

is voordelig bij het invoeren en gebruiken van micro-computers bij

praktika. Misschien dat docenten deze stap gemakkelijker nemen als ze de

werking van een interface kunnen begrijpen of als ze er zelf een kunnen

bouwen of zelfs ontwerpen. Hoewel niet iedere docent deze zaken zelf •oet

kunnen uitvoeren is enige kennis op dit gebied toch noodzakelijk als 1en

computers gaat koppelen aan praktikum-apparatuur.

- 110 -

4.6 Leerdoelen meten en regelen.

Uit het beschreven lesmateriaal en de gesprekken zijn een aantal

onderwerpen naar voren gekomen die bij een behandeling van het onderwerp

meten en regelen aan de orde kunnen komen. Daarmee zijn echter nog geen

leerdoelen geforauleerd. In deze paragraaf wil ik deze leerdoelen

beschrijven. Daarbij neem ik aan dat het onderwerp aeten en regelen een

onderdeel kan zijn van het exame~-program1a.

A. Een leerling moet de volgende begrippen kunnen omschrijven.

1. aeten, vergelijken, regel-aktie.

2. systeea, proces.

3. blokschema.

4. sensor, detektor.

5. analoge en digitale signalen, AD-omzetting.

6. gewenste waarde, storing.

7. sturing, regeling.

B. terugkoppeling (mee- of tegen-koppeling),

8. Een leerling aoet •••

1. kunnen aangeven welke onderdelen van een eenvoudig systeem een

bijdrage leveren tot het •eten, het vergelijken of het regelen.

2. een blokschema kunnen opstellen waarin de fysische grootheden staan

aangegeven die in het systeem een rol spelen, en de wijze waarop ze

elkaar onderling befnvloeden,

3. van een eenvoudige sensor kunnen aangeven of het aangegeven signaal

analoog of digitaal is.

4. kunnen aangeven op welke wijze een storing in het systee• kan

optrtden, en wat daarvan de gevolgen zijn.

5. op grond van een bloksche•a kunnen aangeven of er sprake is van

terugkoppeling, en zo ja, of dit •ee- of tegen-koppeling is.

6. aan de hand van het blokschema kunnen herkennen of een gegevtn systeem

een regeling bevat of dat er slechts sprake is van sturing.

- 111 -

De keu:e van de leerdoelen is gebaseerd op de lespak~e~ten, en op de

indrukken die tijdens de gesprekken :ijn opgedaan. Ook spelen eigen

inzichten hierbij uiteraard een rol. De begrippen in onderdeel A zijn voor

een groot deel dezelfde als die in 4.4. Het gedrag van een systeem is er

echter niet in opgenomen, omdat het erg moeilijk is om zelfs oscillaties

uit te leggen aan leerlingen •et weinig wiskundige kennis. Eventueel kan

dit voor het VWO nog worden toegevoegd.

De in onderdeel 8 genoemde punten kli•men in moeilijkheid op tot de punten

5 en 6, waarvoor in feite geldt dat een leerling deze twee vaardigheden

niet kan be:Jtten als de voorgaande vaardigheden niet worden beheerst.

Het begrip sensor of detektor en de werking ervan zijn nadrukkelijker

opgenomen dan in 4.4 omdat ze zijn gebaseerd op fysische verschijnselen die

op andere plaatsen in het leerplan zijn opgeno•en.

Van de bekeken lespakketten benadert het thema •Automatisering• het best de

gestelde leerdoelen. Dit thema gaat zelfs iets verder in het gebruik van

voorbeelden aet electronisch! co•ponenten. Zo is het begrip van de werking

van een micro-~rocessor niet essentitel voor het verkrijgen van kennis

over regelsystemen. Belet op de achtergronden van het VWO-bovenbouw-~roject

<zie 2.1) is het echter wel begrijpelijk dat hier aandacht aan wordt

besteed.

- 112 -

5.1 Een modulair interface systeem voor de Commodore-64.

In het vorige hoofdstuk zijn leerdoelen beschreven l.b.t. •eten en regelen

in het natuurkunde-onderwijs. Teepassingen van •eet- en regeltechniek in de

natuurwetenschappen en de techniek·maken vaak op de een of andere •anier

gebruik van computers of andere automatisch werkende apparatuur. De kracht

van een computer op dit terrein ligt daar waar op basis van een grote

hoeveelheid informatie beslissi~gen moeten worden genomen. Bovendien in die

gevallen waar de tijd die nodig is cm zo'n beslissing te nemen erg kort

moet zijn.

Om aspecten van meten en regelen. te illustreren met een demonstratie- of

praktikum-proef kan natuurlijk ook gebruik worden gemaakt van een computer.

Maar ook in dat geval wordt een computer het •eest nuttig gebruikt als de

hoeveelheid informatie en/of de beslissingssnelheid groot zijn. Juist in

dat type voorbeelden is het gebruik van een computer het aeest

illustratief. Het constant houden van een waterniveau in een bak met een

lek is geen typische situatie waarin een computer wordt gebruikt. Het

regelen van de temperatuur van een ruimte evenmin, tenzij deze te1peratuur

n1et constant moet zijn, •aar b.v. volgens een bepaald patroon (prograama)

•eet veranderen in de tijd.

Minder triviaal is een situatie waarin één of •eer gegevens nodig zijn

cm de juiste beslissingen te kunnen nemen. B.v. een toepassing waarbij

enkele •eetwaarden moeten worden vergeleken, waarna het resultaat wordt

gebruikt om één of •eer grootheden bij te regelen. We hebben gezocht

naar een praktikum-proef waarbij deze situatie optreedt. Uiteindelijk is

gekozen voor een regeling van een windmolen. In 5.2 wordt deze proef

uitgebreid beschreven.

Om aeerdere meetwaarden te kunnen gebruiken bij het ne1en van beslissingen

acest er een 1ethode worden gevonden om met de Commcdore-64 1etingen te

verrichten aan meerdere grootheden tegelijk. Hierbij gaat het ca •etingen

die tevens bij andere praktika kunnen worden gebruikt (b.v. te1peraturen of

spanningen meten, posities bepalen, schakelaars bedienen etc.).

- 113 -

Het ligt dan meer voor de hand om een interface op te ~ouwen uit •odules,

dan dat er voor iedere praktikum-proef een apart interface wordt gebouwd

met vaak dezelfde onderdelen <AD-omzetters, relais, digitale ingangen

etc.>.

Het gelijktijdig uitvoeren van 2 of meer metingen behoort niet tot de

mogelijkheden, maar wel zijn metingen aogelijk die kort na elkaar worden

uitgevoerd (minder dan 1 ms na elkaar).

Peter Martin [18J beschrijft een modulair systeem en enkele interfaces die

een afzonderlijke module kunnen vormen of een onderdeel ervan. De

beschrijving is echter te summier als basis voor een universeel systeem. In

5.3 wordt ingegaan op de eisen die hij stelt aan een modulair interface

systeem.

Omdat een dergelijk systeem niet beschikbaar was is er een eigen ontwerp

gemaakt en gebouwd. Het ontwerp wordt beschreven in 5.4. Tevens wordt hier

een •odule beschreven die bij de windmolen-proef wordt gebruikt. Een

onderdeel van een computer-programma dat wordt gebruikt oa de aodules aan

te sturen wordt in deze paragraaf eveneens uiteengezet.

Tijdens de werkzaamheden aan het interface systeem verscheen er een

publicatie in het Duitse tijdschrift Praxis der Naturwissenschaften, Physik

waarin een dergelijk aodulair systeem wordt beschreven. Uit de opgevraagde

infor•atie blijkt dat dit op een soortgelijk principe berust, •aar het

heeft ainder aogelijkheden. In 5.S wordt nader op dit systeem ingegaan.

- 114 -

5.2 Regeling van de stand van een windmolen m.b.v. een

micro-computer.

Als aogelijke praktikum-proef bij het onderwerp 1eten en regelen is gekozen

voor een regeling die ervoor zorgt dat een windmolen in de gewenste stand

staat. Deze regelingen zijn nodig om een zo gunstig aogelijke

energie-opbrengst te verkrijgen, binnen een aantal randvoorwaarden. Zo aag

de rotor niet te snel draaien, en ook de krachten op de constructie •ogen

niet te groot zijn. We hebben dus te maken aet een aantal gegevens die

bepalen welke stand op een bepaald moment het aeest gewenst is.

Een praktisch voordeel van deze proef is dat de opstelling naar believen

kan worden uitgebreid van een relatief eenvoudige opstelling tot een zeer

complexe. De aeest eenvoudige opstelling zal ik hier beschrijven, waarbij

wordt aangegeven welke uitbreidingen er mogelijk zijn.

De opstelling bestaat uit een aolen die m.b.v. een krui-•otor in een andere

stand kan worden geplaatst. De windrichting wordt bepaald 1et een windvaan

waaraan een schijf is bevestigd om de richting te kunnen bepalen. Een

zelfde schijf is ook op de 1olen ge•onteerd. De rotor van de 1olen drijft

'een dynaao aan zodat een spanning wordt opgewekt. Deze kan worden gebruikt

om een klein lampje te laten branden.

De bepaling van de stand van 1olen en windvaan gebeurt 1et optische

detectoren. De genoemde schijven zijn geaaakt van perspex, waarop aet

zwarte vlakken een code is aangegeven voor de positie. Deze code is niet de

binaire code, maar de zgn. gray-code. Dit om te voorkoaen dat er op de

grenzen van de zwarte vlakken een foutieve codes worden uitgelezen 1et de

detectoren.

- 115 -

fï.gu;ur- r.l: positie-schiJf •t ~.

Met deze opstelling is het al mogelijk een regeling toe te passen: de

standen van de molen en de windvaan •oeten gelijk zijn. Hierbij wordt geen

rekening gehouden 1et randvoorwaarden. De metingen die •oeten worden

verricht zijn steeds dezelfde: de optische detectoren moeten worden

uitgelezen en worden vergeleken. Op basis van de afwijking wordt bepaald of

de krui-motor in werking wordt gezet en in welke richting dat •oet

gebeuren.

Door rekening te houden met een of meer randvoorwaarden wordt de keuze voor

het gebruiken van een computer aannemelijker. Er kan een schakelaar worden

ingebouw~ om de lamp te schakelen. De molen hoeft dan-alleen te draaien als

de lamp moet branden. Ook kan een opslagsysteem <accu) voor de opgewekte

energie worden gebruikt, zodat de aolen alleen hoeft te draaien als de

spanning van de accu lager wordt dan een vastgestelde minimu•-waarde.

- 116 -

De grootste kracht van het gebruik van de licro-coapüter ligt echter op een

ander vlak. Door snelle wisselingen van de wind-richting kan de 1otor van

de krui-inrichting gemakkelijk worden overbelast, als steeds wordt

geprobeerd de rotor loodrecht op de wind-richting te plaatsen. De

mogelijkheid om vaak te meten, en deze gegevens op te slaan, laakt het

mogelijk 01 ge~iddelde waarden te gebruiken als para1eters voor de

regeling. Hierdoor zal de beweging van de 1olen einder abrupt en

schoksgewijs verlopen.

Ook kunnen diverse typen regelingen worden gebruikt, door verschillende

berekenings-wijzen te hanteren. Dit vergt geen ingrepen in de opstelling.

Slechts het computer-programma hoeft te worden gewijzigd 01 een andere

regeling te kunnen gebruiken. Bij een mechanische regeling zou deze

aogelijkheid een erg ingewikkelde constructie vereisen.

5.3 Eisen aan een modulair interface systeem.

Voorafgaand aan het opstellen van de eisen waaraan het ontwerp voor een

aodulair interface systeem aoet voldoen is de keuze gemaakt 01 voor

koppeling aan de Coamodore-64 gebruik te laken van de USER-poort. Hierdoor

kan het systeem waarschijnlijk ook worden gebruikt bij andere typen

micro-computers dan de Comaodore-64.

1. De Commodore-64 heeft in principe 2 mogelijkheden om een interface aan

te sluiten: de EXPANSION-poort en de USER-poort. De EXPANSION-poort is

een rechtstreekse toegang tot de interne bussysteaen van de·

micro-computer; de USER-poort is een bidirectionele 8-bits poort van

één van de 2 CIA-ic's <Complex Interface Adapter). Veel andere

aicro-coaputers hebben ook een dergelijke aansluiting CApple IIe:

VIA-kaart; BBC:VIA-ic>. Een rechtstreekse toegang tot de interne

bussystemen komt ook wel voor, maar de tiaing van allerlei

controle-signalen is voor veel licro-coaputers verschillend.

- 117 -

2. Voor de Commodore-64 is door de afdeling Didak~ie~ van de Universiteit

van Amsterdam met steun van de vereniging DBK-na een EPROH-kaart

ontwikkeld waarmee het mogelijk wordt prograama·s snel gebruiksklaar

te hebben waarbij ze bovendien nog zelfstartend zijn. Ook bij het

gebruik van de spirometer-proef in het veld-experiment is deze kaart

gebruikt. In 2.6.2 zijn de voordelen ervan uiteengezet. De EPROH-kaart

maakt geb~uik van de EXPANSION-poort van de Comaodore-64. Het zou

jammer zijn als deze voor het onderwijs uitstekende ontwikkeling

onbruikbaar zou zijn in combinatie met het te ontwerpen interface

systeem.

Peter Hartin [18] geeft drie punten aan die bij het koppelen van interfaces -

aan een micro-computer belangrijk zijn:

1. Hij stelt dat de 1eeste hobby- en home-computers niet zijn ontwerpen

voor de toepassingen waarbij vaak meet werden gewisseld van

interfaces. De aansluitingen zouden robuuster moeten zijn dan nu vak

het geval is. Computer-experimenten op school moeten zoncdig meermalen

per dag kunnen worden opgebouwd en veranderd.

2. Hij vindt het noodzakelijk dat er tenminste twee afzonderlijke 8-bits

poorten beschikbaar zijn, één voer invoer en één voer uitvoer

van data. Dit vereenvoudigt het entwerp van de interfaces.

3. De voeding voor de interfaces moet worden geleverd door de

micro-computer zelf. Ook dit zou het ontwerp van de interfaces

vereenvoudigen. Deze eis is nogal dubieus, en strijdig met het

eerstgenoemde punt. Als we bedenken dat de computers niet zijn

ontworpen voer de taken die te •aken hebben met het koppelen aan

praktikum-apparatuur, dan zal het duidelijk zijn dan dit ook geldt

voor de bijbehorende voedings-apparatuur. Door deze voeding ook te

gebruiken voor het interface systeem, is het gevaar groot dat de

capaciteit van de veeding wordt overschreden.

- 118 -

Op basis van deze overwegingen, en gelet op de logelijkheden voor het

gebruik van micro-computers bij het praktikum natuurkunde stellen we de

volgende eisen voor het interface systeem vast:

- Naast de B data-lijnen van de USER-poort moeten enkele controle-lijnen

worden gebruikt. Het aantal van deze lijnen aoet zo klein logelijk

worden gehouden.

Het aantal aogelijke modules aoet ainiaaal 32 zijn <5-bits

adres-code).

Het aoet mogelijk zijn binnen een module ainimaal B funkties te kiezen

<3-bits funktie-code).

- De aodules moeten een instelbaar adres hebben.

- Alle funkties van alle aodules moeten via software aan te sturen zijn.

- Een aodule aoet zelfstandig een bepaalde toestand kunnen handhaven als

dit gewenst is.

De aodules moeten door een eMterne voeding worden voorzien van

spanningen van I V, +/- 5 V en +/- 15 V. Eventueel ook nog van 220 V

wisselspanning.

5.4 Een ontwero van een modulair interface systeea.

De keuze van de USER-poort voor koppeling van het interface systeea aan de

Co•modore-64 bepaalt welke signalen er beschikbaar zijn voor het besturen

van de coaaunicatie tussen de aicro-coaputer en de modules van het systeem.

Naast de 8-bits bidirectionele poort zijn dat:

- 1 bidirectioneel bit <PA2) van de 2e poort van het CIA-ie.

- 2 handshake-signalen: PC2 <output) en Flag2 (input) voor het

geven/ontvangen van interrupts

- 2 serifle in-/outputs : SPl en SP2

- 2 CNT-lijnen voor klok-signalen <input.of output, afhankelijk van

controle-register van het CIA-ie.

- 119 -

Het is met deze signalen niet mogelijk om, zoals PetRr ~artin Clit l

voorstelt, over 2 afzonderlijke poorten voor input en output te b•schikken.

Het is ook niet mogelijk om extern een CIA- of VIA- ie aan te sluiten,

zodat we de beschikking krijgen over 2 van deze poorten. De selectie van

een adres van een module en een funktie van dat module moet dan ook via

dezelfde poort gebeuren als die waarover de DATA worden ingelezen af

uitgestuurd. Er is daarom gekozen voor een interface systeem waarvan de

controle over alle aktiviteiten berust bij een controle-module.

Voor het interface systeem zelf is gekozen voor een interne bus-struktuur:

- een 8-bits DATA-bus die rechtstreeks op de USER-poort is aangesloten

- een 8-bits ADRES-bus die wordt aangestuurd door het controle-moduie

- een 8-bits FUNKTIE-bus die eveneens door het controle-aodule wordt

aangestuurd

- een controle-bus die de handshake-signalen verzorgt. Het

controle-module vormt de controle-signalen van de USER-poort om en

geeft ze dan door naar alle modules

De belangrijkste onderdelen het controle-module zijn 2 B-bits D-type

latches, die als opslag-buffer fungeren voor de adres-code en de

funktie-code. De prodedure· bij het aansturen van een funktie van een aodule

is als volgt:

1. De interne data bus wordt vrijgemaakt door de micro-co•puter.

2. Het controle-module Nordt geactiveerd.

3. Een adres-code van het betreffende aodule wordt in een van de 2

latehes geladen

4. De betreffende funktie-code wordt in de andere geladen.

S. Het controle-module Mordt afgesloten • .. -·, 6. De interne data-bus ~omt beschikbaar voor uitwisseling van informatie . '

tussen de micro-computer en het geselecteerde module.

- 120 -

Door gebruik te maken van twee 8-bits latehes is het· m~elijk 256 Adressen

<dus modules) te gebruiken met elk nog eens maximaal 256 funkties.

In de praktijk :al het aantal funkties kleiner zijn, Dit wordt veroorzaakt

doordat funkties kunnen worden toegekend aan afzonderlijke bits van de

funktie-bus. Als voorbeeld kan gelden een 8-kanaals AD-omzetter eet

instelbare versterkingsfaktor: 3 bits voor de selectie van het kanaal, 3

bits voor de code voor de vermenigvuldigingsfaktor, 1 bit om aan te geven

of er wel of niet synchroon moet worden gesampled en 1 bit dat nog vrij is.

Dit module gebruikt ~us weliswaar 128 verschillende combinaties, eaar heeft

in feite slechts 3 funkties: kanaalsselectie, versterking en

synchronisatie.

Als aan de minimum-eisen :ou worden voldaan was het voldoende om slechts

één 8-bits-latch te gebruiken. Een module als hierboven beschreven is

dan echter niet mogelijk. Bovendien is de snelheid waarmee een module wordt

geselecteerd nauwelijks korter bij het gebruik van slechts 1 latch. De

schakelsnelheid wordt voornamelijk bepaald door de tijd die nodig is om het

controle-module te activeren.

De selectie van het adres moet bij deze opzet in ieder eodule zelf

plaatsvinden, evenals de funktie-decodering. In feite zorgt het

controle-module er alleen voor dat de juiste adres- en funktie-codes op de

bussen beschikbaar zijn. De communicatie tussen micro-computer en een

module wordt niet door het controle-•odule geregeld, maar door de

micro-computer. Hiervoor staat de controle-bus ter beschikking.

- 121 -

Voor het controle-module is het volgende ontwerp gema~kt:

PA •• , JJ. )

-~... ~ ... -r"~

.. ... '\., ;:J,,., .. ~at' ~ Jl. J'fLSI7'< ...". '"YJ ~ .-a.. ~

~ '-• ~ .. ~ .... ~ CLir ~ 1)1 .... -"'"') ... - tJ'I

J<!Uq -' .Ir • ......__,_ ,. --7Y ~~~

- - ' =o;. ,,, c~

De manier waarop software-matig het controle-module kan worden aangestuurd

wordt bepaald door het volgende protocol dat aangeeft in welke volgorde de

signalen in het controle-module moeten veranderen. In ruststand geldt de

volgende situatie:

- SP2 hoog door het schakelen op input

- PA2 op output geschakeld en laag

- PC2 hoog - poort B (USER-poort) op input geschakeld en hoog-iapedant.

Door PA2 hoog te •aken wordt aangegeven dat er data wordt geschreven door

de aicro-computer. Hierna kan poort B van de USER-poort op output worden

geschakeld. Direct na het schrijven van data op de poort B volgt een korte

negatieve puls op PC2 <PC2 wordt gedurende 1 micro-seconde laag)

[64-internl. Deze puls wordt door de NAND-poorten omgevormd tot een

positieve puls. Deze puls wordt alleen doorgelaten als SP2 laag is én PA2

hoog. Deze voorzorg is noodzakelijk om dat ook na het lezen van data uit

poort B er een negatieve puls op PC2 volgt [64-internl. Deze •ag echter

geen verandering in een van de latehes tot gevolg hebben. De doorgegeven

puls zorgt ervoor dat eerst de FF omklapt en dat na een vertraging van 1

micro-seconde er een klok-puls wordt gegeven op het adres-latch. De code is

nu opgeslagen in dit "geheugen" en is beschikbaar op de adresbus.

- 122 -

Door nogmaals data op poort B te zetten volgt een zelfde procedure, alleen

zorgt het omgeklapte FF nu voor het inlezen van data in het funktie-latch.

Tenslotte kan SP2 weer hoog worden gemaakt door het serille register weer

op input te schakelen en kan PA2 weer laag worden gemaakt. De databus komt

zo vrij voor c~mmunicatie tussen het geselecteerde module en de

licro-computer.

Dit alles levert het volgende tijd-volgorde-diagraa op:

t .... ,t :& I ,._.,.., I, ..... ,._ .• ,, .. ,, 2. I

"''"'") a,c, .... ,

IHt•"•d IUI%/Iujltt/ï/!1/V//////J@"//4\ I

""'-·)

o r • ~ u w • w ~ " • " 4-,1 e pee p. e e e e e' e e e e e e 1 e eI e e e' er Ie' e e e e' e eet eI e • ere' tee eI eI • • • er-

flgwJa> r. 3: tiJd»o~ ~ dione• rigMLm ~ lwt OQft'Á'IO~z.

bi! lult apg.wn ~ crdrN- ~ ~.

- 123 -

Een assembler-programma dat de aansturing van de controle-module •et een

adres- en een funktie-code verzorgt is hieronder weergegeven.

1000= cese ~.s re •&tr<~:dfv ldi!. src 11310= •:'352 Sd 00 dd stil. Pi!.2 .:P.a2 hoo9 1020= ce~~ 1.9 ff lda llff 1030: c057 8d 03 dd sta drb2 ïPoort b oP OIJtPl!t 1040: c05<~. i!.d ee dd ldi!. SP.rPo2 1050: c05d 09 40 Or'-.1 U40 10613= ci!!Sf 8d e..- dd st.-: serPo2 ;sP2 taa9 1071): c062 1.4 fd ldlil adres tese: c064 Sc 01 dd st::l Pb2 il.dr4tS oP f)oort. b 1130: c067 1.4 fl! ld~ f•J.nctie 1140: c069 Sc 01 dd st~ Pb2 .: fl•. net ie OP Poort b 11 '50: c06c 29 bf I.T'Id Ubf 1160: c06<.:· ad e..- dd st.~. serPo2 isP2 ~er hoo9 117'0: c071 3.9 ee lda l$013 1180: c073 Sd 03 dd sta drb2 .:Poort b oP inPut 1190: c076 a.S fb ldi!. lfb 12013= c078 Sd 00 dd stil. Pa2 .:Pa2 1aa9 1210= c07b 613 rts

We kunnen nu een nauwkeuriger omschrijving geven de opbouw van het

interface systeem. We hebben gekozen voor het inbouwen van de aodules in

een 19-inch rack. In deze kasten wordt erg veel professionele apparatuur

gebouwd, en onderdelen zijn vrij algemeen verkrijgbaar. De aodules worden

d.1.v. ~4-polige stekker verbonden aet de bussen. Dit grote aantal

verbindingen is noodzakelijk vanwege de vele signaal-lijnen en

voedingslijnen. Totaal zijn er na1elijk 1ini1aal 30 contactpunten nodig:

- B datalijnen

- B adres-lijnen

- B funktie-lijnen

- 3 voedings-lijnen (0, +SV, +15V>

- 3 controle-lijnen <PA2, PC2, flag2>

Als deze configuratie wordt ingedeeld op 32 lijnen, dan is er voor een

eventuele toekomstige uitbreiding (aet voedingsspanningen van b.v. -SV en

-1SV, extra controle-lijnen> vrijwel geen ruiate aeer.

- 124 -

Een module dat wordt gebruikt bij de regeling van de_ windmelen is er een

dat 16 digitale ingangen heeft (zie figuur S.Sl. Hiermee kunnen de optische

detecteren werden uitgelezen die de stand van de molen en de windvaan

aangeven. De 16 ingangen kunnen in groepen van B signalen werden uitgelezen

(funktie ll. Tevens kunnen ze naar"keuze werden gefnverteerd (funktie 2l.

Tenslotte is het mogelijk, als het interface systeem wordt uitgebreid met

een interrupt-lijn (flag2l, om veranderingen in een B-bits signaal te

detecteren (funktie 3>. Dit is b.v. erg handig bij het gebruik van optische

poorten bij een luchtkussenbaan.

De adres-selectie gaat a.h.v. de stand van B dip-switches. De logische

poerten zorgen voor een •Jaag• signaal op OE als het ingestelde adres

overeenkomt met het adres op de adres-bus, •its PA2 laag is. De funkties 1

en 2 zijn in feite niet meer dan a-bits-schakelaars.

• •

- 125 -

5.5 Vergelijking met andere systemen voor interfacing.

In 5.1 is al gewezen op het interface systeem dat wordt beschreven door

D.Brunner e.a. [8J. Dit systeem is in Duitsland ontwikkeld voor

toepassingen in het onderwijs en is daar ook op de markt gebracht. Om het

te kunnen gebruiken moet de micro-computer zijn voorzien van een 8-bits

register en minimaal 2 handshake-lijnen. Computers van het type Commodore

of Apple-II met een VIA-kaart zijn hierin voorzien.

Evenals het in 5.3 beschreven ontwerp maakt men gebruik van een

controle-module dat de adressering voor een interne adres-bus verzorgt. Ook

wordt er gewerkt met een funktie-codering die eveneens door het

controle-module wordt verzorgd.

een gevolg van het fiet dat er maar 2 handshake-lijnen worden gebruikt is

dat er geen goede beveiliging in het systeem anwezig is tegen fouten die

worden veroorzaakt door onjuiste software.

In het nieuwe ontwerp is de DATA-bus onderworpen aan controle van de

micro-computer, zodat het minder gemakkelijk voorkomt dat zowel de

micro-computer als het aangesproken module beide data schrijven op de bus.

Een dergelijk "bus-conflict• kan een definitief einde van een van beide

uitgangen betekenen. Het ontwerp van Bunner voorziet voor z~ver bekend niet

in een dergelijke beveiliging.

Op deze plaats wil ik opmerken dat er ook in de hobby-bladen aandacht is

voor het kopelen van apparatuur aan de micro-computer. Zo beschrijft een

artikel in Elektuur [12J een •universele Co•modore-64 I/O-bus• met 4 slots

voor communicatie met de buitenwereld. Dit IlO-module gebruikt de

EXPANSION-poort van de Commodore-64 in plaats van de USER-poort. Het is

int~~essant als het gebruik van de beschreven EPROM-kaart niet aan de orde

is. Ook als het mogelijk is een dergelijke kaart te gebruiken bij de

I/O-bus met behoud van al zijn mogelijkheden biedt dit systeem (dat

rechtstreeks op de adres- en data-bus is aangesloten) enkele voordelen. Een

ervan is een snellere toegang tot modules. De mogelijkheid van dit alles

heb ik niet bekeken.

Literatuur-opgave.

1. A. Agterberg

2. Angerhause e.a.

3. J.S.van den Berg

4. E.v.Berkum

:5. B.Bettonvill

6. A.Bosch e.a.

7. t1 Br araer

8. D.Brunner e.a.

9. BrOekman

10. t1.Dumont

- 126 -

ACLO-N: Het gebruik van

informatie-technologie in de

natuurwetenschappen; een verslag van een

studiereis naar Aaerika, juni 1985.

64-intern; Dass grosse Buch zum

Commodore-ó4; DATA Becker, 1984

Natuurkunde-vraagstukken-oplossen;

dissertatie THE 1983

Analyse van 2 schoolonderzoek-toetsen voor

het VWO gedurende de cursus 1978/1979;

stageverslag afd.wiskunde, mei 1980.

Een vergelijking van vari1ax en quartimax

rotatie bij factor-analyse;

afstudeerverslag afd.wiskunde.

Toegepaste Statistiek; diktaat nr.2230,

Technische Hogeschool Eindhoven, 1982.

Computers and Education 6(1982)179;

COMAL-80 - adding structure tot BASIC.

Praxis der Naturwissenschaften, Physik

34<1985)26: "esswerterfassung i• . Physikunterricht 1it eine• 1odularen

Interfacesyste• fCr "ikroco•puter.

Der Com•odore-64 und der Rest der Welt;

DATA Becker, 1984

Beter natuurkunde-onderwijs voor 1eisjes?;

11. A.Ellermeijer e.a.

12. Elektuur

13. Ferguson

14. A.O.de Groot e.a.

lS. Jardine

16. J.Juwett

17. A.v.Knippenberg e.a.

lB. P.Martin

19. B. van Muylwijk

20. N.H.Nie e.a.

- 127 -

afstudeerverslag THE~af~eling N, 1ei 1983.

Onderzoeksvoorstel van de afdeling

didaktiek natuurkunde van de Universiteit

van Amsterdam: Meten met de •icro-computer

bij het vak natuurkunde in de bovenbouw van

het HAVO/VWO.

Elektuur mei 198S:Universele Có4 I/O-bus.

Statistica! Analysis in Psychology and

Education, 2e ed.; McGraw Hill, 1966

Studietoetsen, construeren, afnemen,

analyseren; Mouten ~ Co, 1969

Natuurkunde, ••• doen! deel 4HV.

Automatiseren van natuurkunde-proeven ten

behoeve van het middelbaar onderwijs met

behulp van een micro-computer;

afstudeerverslag HTS-informatica, •ei 1985.

Mulivariate analyse; Van Loghum Slaterus,

1980

Physics Education 1B<19B3l262: A modular

system of interfacing micro-computers.

COl-rapport: Computer-apparatuur in het

algemeen voortgezet onderwijs en in het

lager beroepsonderwijs, mei 1985.

SPSS, Statistica! package for the social

sciences; McGraw Hill, 1975

- 128 -

21. NVON en Werkgroep Natuurkunde Didaktiek: Voorloplge rapportage van de

resultaten van een inventarisatie-onderzoek

naar de mogelijke oorzaken en achtergronden

van de relatief slechte resultaten van het

C.S.E. natuurkunde op het VWO in 1974 en

1975, oktober 1976.

22. EPEP-VWO

23. Overheid

24. PLON

25. J.H.Raat e.a.

26. J.H.Raat e.a.

27. T.Speekenbrink

28. G.Verkerk

29. G.Verkerk

30. PLON

Doelstellingen van het

VWO-bovenbouw-project ~et een omschrijving

van het examenprogramma.

Informatica Sti•ulerings Plan,1984.

AVOL bij het thema "Water in Tanzania•.

GASAT-conference 1981, contributions

Wat vind je van techniek?; rapport THE,

1985

Evaluatie onderwijsleerpakket Elektriciteit

in en om het huis: stageverslag

afd.natuurkunde, aei 1985.

Het praktiku• in het schoolonderzoek

natuurkunde; v.Walraven, 1983. dissertatie

THE

Doelstellingen, Lespraktijk en toetsing:

diktaat nr. 3307 Technische Hogeschool

Eindhoven.

AVOL bij het thema •schakelen en Regelen".

SP I ROMETER 1

In I i g. I z i L' .iE' L'l'll tPkPn i 01~ van C'«'ll

spin•mt•lt>r. Dat is c<.•n app;ll<léll dal ons iu staal sl<.•lf nln Rl<'l in~en lt> tlu<.'ll aan 1h• mlc•mhal ing. AlK .ie inademt ~uig je via de slang 1 lucht weg onder de klok. Daardoor zal deze naar beneden zakken. Bij het uitademen gebeurt het omgekeerde: de klok beweegt naar boven. De bcwe~ing van de klok wordt via het louw doorgegeven aan de pen die op het papier op de rol schrijft. Hierdoor kap de ademhalingsbeweging worden geregis­treerd in een zgn. spirogram.

fig.l. Spirometer

In fig.2 is een spirogram getekend van iemand die eerst rustig ademhaalt. Op het lrtatste stuk wordt een keer zo v<->r mogPiijk ingE:>ademd en daarna zo ver mog<.•lijk uitgeademd. In de figuur is de tijd (T) uangegeven die een volledige ademhaling duurt. Hieruit is de ademfrequentie (f) te berekenen (f=aantal ademhalingen per minuut). Ook het ademvolume (AV) is te zien. Dat is de hoeveelheid lucht die je bij een rustige ademhaling per keer in- of uitademt. De vitale capaciteit (VC) is ook aangegeven. Dat is de hoeveelheid lucht die je uitblaast als je eerst zo ver mogelijk hebt ingeademd en dan zo ver mogelijk uitademt.

Je kunt ook zo snel en krachtig moge­lijk in- of uitademen. Een dergelijk spirogram is in fig.3 te zien. In dit geval zijn de zgn. seconde­capaciteiten van belang.

~ .. L I--..

1

fig.2. Spirogram (rustig)

I I I I

-----l.....L...---...:_.J. !;.; _._~ ..

fig.3. ~pirogram (krachtig)

ESC (expiratoire seconde capaciteit) = de hoeveelheid lucht die je, als je zo ver mogelijk hebt ingeademd, in een seconde maximaal kunt uitademen. (inspiratoire seconde capaciteit) = de hoeveelheid lucht die je, als je ver mogelijk hebt uitgeademd, in een seconde maximaal kunt inademen.

Met deze proef ga je al deze begrippen eens wat beter bekijken.

zo

Om rl<' nrlt•mhalingshf'wPgin~Pn mhv. ~Pn mirro-romput<'r IC' kunnPn r('gistn•r,.n ltlnf'lt'll wc• elP :>taucl V;tll clc· kink Vl'll;all'll n;a;aa ••••11 l:c·l;al cl;al dc1111 clc· cump11lc•a

g«'lt•zt•u kan wunleu. Uil ~cht•url in I Wl'C slapJWII. flll<.•recrst wordt de sland van de klok vertaald in een elektrisch(' spanning tussen 0 en 5 V. De ~gn. meetsensor die we hiervoor gebruiken is een poten­tiometer (schuifweerstand). Deze spanning kan dan door een analoog-digitaal(AD)-omzetter vertaald worden naar een getal dat door de micro-computer kan worden gelezen. Dit getal is dan een maat voor het volume onder de·klok. De micro-computer haalt met vaste tussenpozen steeds een getal op bij de AD-omzetter. Zo krijgen we een lijd­schaal.

~~~-!~!~~~-~~~~-8~!~!! Ut• lllll.t•nl iontPit'r is iu lt•il.t• t•t•tt

gebogen schuifweerstand. De katrol waar het touwtje over loopt is aan de aftaster verbonden zodat een draaiing van de schijf zorgt voor een hoek­verdraaiing van de aftaster {zie fig.4) IIC't schema dnl hij deze schakl'l inJ,; hoort is in fi~.5 weerge~even. J)p Hflaslt•r vPniPPll de wc>l•rsland in !Pilt• in '1. slukkPII. llit•rcloc.r is elP

sp;mning UJl de aflaslcr C'en gedecll(' van 5V.

De spanning op de aftaster is even­redig met de hoe-k ( a) waarover de kulrul (en dus ook dr aftaster) is ~<·dra; 1 i cl • 114• AU-omzt•l I t•r zt•l cl••zp spn1111 i 111~ om

i 11 ''"" ~··he•<' I ~:<'I nl 1 usst•u 0 ( h i j 11 V) t'll ;.!", .. , ( h i .i ,., V).

+

naar

fig.S. Schema van de gebruikte schakeling

potenl i·-· ter

Mar

SV

fig.4. Van volume naar apanning

ln twee stappen wordt dus bereikt dat de AD-omzetter bv. het getal 3 g~eft als de spirometer in de stand 0 liter staat; in de stand 1 liter bv. het getal 43; bij 2 liter bv. 83 etc. In dit voorbeeld wordt het getal steeds 40 groter als het volume met 1 liter toeneemt. Het getal 40 heet de ijkfaktor. In opdracht 1 ga je de ijkfaktor van je opstelling met de hand bepalen; in opdracht 2 mbv. de micro-computer.

Hf·ki jk rif~ spirometer aanda<:htig. Ook onder ctf~ klok. Controleer daarbij tevens her watf!rrrivc•uu. IJc.• omlerkant van cte klok moet ook ·bij cte stand 0 liter noR in het water· hangt•n. Vt-rllirarl fle AD-omzetter met de spirometer volgens fig.6. Sluit de kabel naar de micro-<.:omputer nog niet aan. De keuze-schakelaar in het midden moet naar links staan. LAAT DE OPSTELLING CONTROLEREN VOORDAT JE DE STEKKER IN HET STOPCONTACT STEEKT!

fig.6. Het aansluiten van de ~omzetter

Draai de katrol met de potentiometer zo dat het getaL op de display van de AD-omzetter groter is dan nu I als de klok in de slund 0 1 iter stuat. Ook mug dit gelal nog geen 255zijn in de stand 6 liter.

Voer nu een ijkmeting uit. Dit doe je door de klok in de standen te plaatsen die aangegeven zijn in de tabel op je werkblad. De klok verplaats je door voorzichtig op de bovenkant van de klok te duwen of aan het touw te trekken.

Vul de getallen die dan op de display van de AD-omzetter verschijnen in diezelfde tabel in.

Als je daarmee klaar bent zet je je meetpunten in de bijbehorende grafiek. Daarna trek je er zo goed mogelijk een rechte lijn door. De helling van de lijn is de ijkfaktor. Dit is dus het aantal eenheden dat het getal op de display verandert bij een volumetoename van 1 liter.

Bereken deze ijkfaktor en noteer het resultaat op je werkblad. Geef ook kort aan hoe je dit hebt berekend.

Zet de micr~computer nog niet aan. Het rode lampje bovenop mag niet branden. Vanaf nu ga je gebruik maken van de micro-computer om te meten en om je metingen te verwerken. Je maakt dan gebruik van een computer-programma dat in een zgn. programma-cartridge is ingebouwd. Dit is een klein doosje met daarop de tekst:

Spirometer prograrr~ rom 0884-2a

4

Dit cartrirlge mo~t. rechts achll'rin d<.• Dlil"ro-(·ompulcr ~esloken Zl.Jn. ConLrulePr dil en laat het evt. aansluiten. Verbind ook de AD-omzetter via de kabel met de micro-computer. LAAT DE OPSTELLING CONTROLEREN VOORDAT JE DE MICRO-CaMPliTER AANZF.T ! -Na het aanzetten versc.:hijnl op het scherm een tekst me.t o.a. de namen 'van de makers van het programma dat je gebruikt. Na even wachten verschijnt er een zgn. MENU met 5 keuze-mogelijkheden. In deze proef gebruiken we alleen de mogelijkheden 1,2,4 en 5.

Zet nu het beeldscherm en de micro-computer aan. De schakelaar van de micro­computer zit aan de rechter zijkant. Volg steeds de aanwijzingen die op het beeldscherm worden gegeven. Bij de micro-computer ligt een handleiding met een uitleg over de functies van sommige toetsen.

Voer de ijking uit (keuze 1). Op het scherm verschijnt: -zet de kraan open

-zet de potentiometer goed Dit slaat op een oude versie van de spirometer-proef. Deze spirometer heeft geen kraan en de potentiometer staat nog goed als je er niet aan gedraaid hebt na opdracht 1.

Noteer de ijkfaktor op je werkblad. Is deze dezelfde als die uit opdracht 1?

Voor dE' volt~<md" opdrao·ht is hc.>t nodig lE'III te.- wt'll"n ovc•r dt· "sa•piL~rate". Dit is hel aantal .ectpuntcm dal per rijoiSl!e'nht.'id gerE'gistreerd wur<lt. 0... •icro-coeputE'r _, na.~." I ijk niet op i~'tl<'r

~nt, aaar op lijdtil ippen die Pl"n vaste Lijd uil elkaar 1igMen,bv. oe de 0.1 s (de sa•plc-rale is dan 10 per SI!Conde). In fi~.7 Is te 7.ien dat de sa~~ple-rate bij snelle verandering~·n srot.,- _, 7.l.Jn dan biJ langza11e.

255 6L

5L

ltl

}l

2l

ll

Ol 0 0 s 5 $ 10 s 15s 0 '

fig.7. Voorbeeld bij "sample-rate"

ln opdracht 3 moet je de sa•ple-rate kiezen. CeschtktE' waarden zijn: bij onderole-el :1) : 10

bij onderdet.'l b) : 20

. . . ..

Het totale aantal IIICc.-tpunten Is •uci~~aal 500. ICieti daara. e-en Rt'Schikle ~~eet tijd.

a) Nr·pm een spirogram van jezelf op (keuze 2), Volg de aanWlJI.:ln~en op het lu•r•lrlsdwrm. Vc!rgec:t niet de lurht te vervenwn door c~·n paar kE:cr de klok op r·11 neer te.• ht·wcJ.t<'"· Uenk t•rom dal je dt· neusk!Pnt uict vc·q~ec.•l (waarom is dit' nodig'!). Zorg er tevens voor dr~t het mondstuk got'd aansluit. (sc.:hoonmélkcn na de meting). Adem rustig in en uit. Aan het eind van de meting een keer zo ver mogelijk in­en zo ver mogelijk uitademen zoals in fig.8.

Bij de verwerking van de meting (keuze 4) bepaal je de ademfrequen­tie.· (f), het adc•mvolume (AV), het adPm-minuuL-volume (AMV) en clt• vitale capaciteit (VC). Kijk in fig.8 hoe dit moet. Noteer de re­sultaten op je werkblad.

fig.8.

' ... l

f

... _

.. t .'!.

···" b) Neem nogmaals een spirogram op (keuze 2), maar nu om de seconde-capaciteiten

te bepalen (~ie fig.9). Ververs de lucht en denk aan de neusklem. Adem eerst zo ver mogelijk in en dan zo snel en krachtig mogelijk uit. Adem daarna een keer zo ver mogelijk uit en dan zo snel en krachtig mogelijk in.

Bij de verwerking van de meting (keuze 4) bepaal je nu de seconde­capaciteiten ESC en !SC. Meet deze op enkele momenten in je spirogram en ooteer de waarden op je werk­blad.

fig.9.

' r~

..

1

I I

I I I I

~,... ----+ .. '"

WERKBLAD BIJ SPl~OHETER

Opdracht 1. IJkmeting met de hand.

stand klok getal op in liters display

0 l 2 3 4 5 6

De ijkfaktor is: •••• eenheden/liter.

Deze is alsvolgt bepaald:

Opdracht 2. IJkmeting met de micro-computer.

De ijkfaktor is eenheden/liter.

In vergelijking met opdracht 1. is dit ••

Opdracht 3. Spirogram opnemen.

a. De verwerking van je meting (keuze 4) levert het volgende op:

ademfrequentie (f)

ademvolume (AV)

adem-minuut-volume (AMV)

vitale capaciteit (VC)

Het ademvolume (AV) is bepaald door •

Het adem-minuut-volume (AHV) is bepaald door • • • •

b. De seconde-capaciteiten zijn:

expiratoire seconde capaciteit (ESC)

inspiratoire seconde capaciteit (ISC)

HUISWERKBLAD BIJ SPIROMETER

~het uitvoeren van de spirometer-proef mogen de volgende vragen geen moeilijk­heden meer voor je geven.

1. Welke stappen zijn nodig om volumes te kunnen meten met een (micro-)computer? 2. ~at is de functie van de potentiometer in de opstelling? 3. Wat is de functie van de AD-omzetter in de opstelling? 4. Wat zijn de belangrijkste functies van de micro-computer in deze proef? 5. Wat betekenen de begrippen ademvolume (AV); vitale capaciteit (VC);

ademminuutvolume (AMV); ademfrequentie; expiratoire-seconde-capaciteit (ESC); inspiratoire-seconde-capaciteit (ISC); sample-rate?

6. Hoe worden de in vraag 5 genoemde grootheden berekend? 7. Wat is de betekenis van de ijkfaktor?

De opdrachten hieronder zijn bedoeld als oefening en herhaling van enkele onderdelen van de proef. Probeer ze zo goed mogelijk te maken.

Opdracht 1. In figuur 1 zie je een spirogram zoals je dat zelf ook hebt opgenomen. Bepaal hieruit zelf de ademfrequentie (f), de vitale capaciteit (VC), het adem­volume (AV) en het adem-minuut-volume (AMV). Als je niet meer weet hoe je dat doet, dan kun je dit vinden in figuur 2 van de handleiding of op je werkblad.

figuur 1

Opdracht 2 In figuur 2 zie je nog een spirogram zoals je zelf ook hebt opgenomen.Bepaal hieruit zelf de inspiratoire-seconde-capaciteit (!SC} en de expiratoire­seconde-capaciteit (ESC). In figuur 3 van de handleiding kun je je geheugen even opfrissen. Verder is gegeven dat de sample-rate 10 per seconde bedraagt •

.1L

es 5S .18S 15S 28S 25S

figuur 2

Opdracht 3 In de tabellen hieronder staan referentie-waarden, gemiddelden van je sexe- en leeftijdgenoten. In tabel 2 moet je je lengte in meters invullen in de zgn. referentie-vergelijking. Vergelijk je eigen metingen eens met de voor jou geldende referentie-waarden. Is het nodig om je meetwaarden zo nauwkeurig op te schrijven als je gedaan hebt?

ademfrequentie f ademvolume AV adem-minuut-volume AMV

interval gem. waarde interval gem.waarde interval gem. waarde

12-16 jarigen 9-22 16/min 0,2-0,5 , 0,3 1 3-71 5 1

ouder dan 16 jaar 17/min 0,2-0,8 0,5 1 8,5 1

tabel 1

Longvolume Geslacht Referentie- Eenheid vergelijking

VC M 4,8.L- 4,4 liter V 4,5.L- 4,2 liter

ESC,ISC M 4,3.L- 3,8 liter V 4,LL- 3,6 liter

tabel 2

In de groep Didaktiek Natuurkunde van de Technische Hogeschool in Eindhoven ben ik bezig met een onderzoek in de bovenbouw van het HAVO en VWO. Hiervoor zou ik graag je medewerking krijgen door het invullen van.dit vragenformulier. De bedoeling is dat je bij iedere bewering aangeeft in welke mate je het ermee eens bent. 1 Betekent: helemaal niet mee eens; 5 betekent helemaal mee eens. Wil je slechts één antwoord omcirkelen? Als je een fout hebt gemaakt, zet dan een krbis door het verkeerde antwoord en omcirkel alsnog je gekozen cij­fer.

Voorbeeld: oneens 1?i3@s mee eens.

Denk niet lang na bij het invullen, maar geef je eerste reactie. Alvast bedankt,

Wim Findhaumer

School: Klas

1. Natuurkunde-praktikum is leuk

2. Natuurkunde is een moeilijk vak

3. Het verslag van een natuurkunde­praktikum maak ik met plezier

Naam: •••

4. Het verslag maken van een natuur­kunde-praktikum is nuttig

5. Ik heb nooit met een computer gewerkt

6. Werken met een computer is leuk

7. Ik heb zelf een computer

8. Programmeren van een computer is leuk

9. Computers zijn een belangrijke oor­zaak van de werkeloosheid

10. Een computer maakt nooit fouten

11. Computers vormen een bedreiging voor d<' 1>r i vnc y

12. Bijna alle menselijke werkzaamheden kunnen veel sneller en nauwkeuriger door een computer worden gedaan

13. Computers horen in ~en ziekenhuis niet thuis

14. Het gebruik van computers op school maakt de leerstof veel duidelijker

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

.oneens 12345mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 12345mee eens

ja nee

oneens 12345mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 12345mee eens

on~~n~ 1 2 3 4 5 mee erns

. ' oneens 1 2 3 4 5 see eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

15. In de natuurkunde spelen computers geen rol

16. Bij natuurkundig onderzoek ben je aangewezen op computers

17. Het een computer kun je alleen werken als je veel afweet van elektronica

18. Digitale meters zijn nauwkeuriger dan analoge meters

19. Het is mbv. een computer mogelijk de temperatuur van je kamer te registreren

20. Het geheugen van een computer is han­dig bij metingen

21. Computers zorgen ervoor dat proef­opstellingen eenvoudiger worden

22. Computers zijn geschikt om langzame verschijnselen te registreren

23. Bij een natuurkunde-praktikurn is een computer handig voor de berekeningen

24. Door het gebruik van computers bij een natuurkunde-praktikurn kun je in één uur meer metingen doen

25. Als je computers gebruikt bij een natuurkunde-praktikurn ben je met informatica bezig in plaats van met natuurkunde

26. Bij een natuurkunde-praktikum is een computer handig voor het tekenen van grafieken

oneéns 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

27. Geef een zo goed mogelijke schatting van de volgende grootheden:

a. Hoe vaak per minuut adem je in?

b. Hoe veel lucht adem je dan gemiddeld in?

c. Hoe veel lucht kun je in één keer maximaal

uitademen als je eerst zo diep mogelijk hebt

ingeademd?

28. Wat wil je na de middelbare school gaan doen?

o werken o studeren, en wel

o weet ik(nog)niet o iets anders:

keer per min.

liter per keer

liter

. . . . . .

Vragenlijst over natuurkunde en computers. Naam: Klas:

Omcirkel steeds jouw keuze, en zet een kruis door een verkeerd antwoord.

Voorbeeld oneens 1 2 3 4 5 mee eens

1. Computers moeten meér.gebruikt-worden bij het natuurkunde-praktikum

2. Dit soort praktika zou ik ook in andere vakken willen hebben

3. De handleiding bij de proef was duidelijk

4. De aanwijzingen op het scherm waren duidelijk

5. Met hoeveel leerlingen zou je volgens jou deze proef het beste kunnen uitvoeren

6. In de natuurkunde spelen computers geen rol

7. Bij natuurkundig onderzoek ben je aangewezen op computers

8. Met een computer kun je alleen werken als je veel afweet van elektronica

9. Digitale meters zijn nauwkeuriger dan analoge meters

10. Het is mogelijk mbv. een computer de temperatuur van je kamer te registreren

11. Computers maken proef-opstellingen eenvoudiger

12. Computers kunnen langzame verschijnselen registreren

13. Bij een natuurkunde-praktikum is een computer handig voor de berekeningen

14. Door computers bij het natuurkunde-nraktikum kun je in één uur meer metingen doe~

15. Met computers in het natuurkunde-praktikum ben je meer met informatica bezig dan met natuurkunde

16. Bij een natuurkunde-praktikum is een computer handig voor het tekenen van grafieken

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 2 3 4 5 mee eens

oneens 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

2 3 4 5

oneens 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 2 3 4 5 mee eens

oneens 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

oneens 1 2 3 4 5 mee eens

17. Geef een zo goed mogelijke schatting van de volgende grootheden: a. Je eigen ademfrequentie keer per minuut b. Je eigen ademvolume liter per ademhaling c. Je eigenvitale capaciteit (de maximale

hoeveelheid lucht die je een één keer kunt uitademen) liter

naam:

Proefwerk over de spirometer-proef klas:

1. Jeroen heeft een ademfrequentie f= 12 ademhalingen per minuut en een ademvo­lume AV = 1,5 1. Carla heeft een ademfrequentie f = is ademh. oer minuut en een ademvolume AV = 1,3 1. Je kunt nu zeggen dat a) Jeroen een hoger adem-minuut-volume heeft dan Carla b) Jeroen een even groot adem-minuut-volume heeft als Carla c) Jeroen een kleiner adem-minuut-volume heeft dan Carla d) je de adem-minuut-volumes van Jeroen en Carla niet kunt vergelijken

o Ik weet niet wat deze begrinpen betekenen.

2. Kinderen hebben een kleinere borstkas dan volwassenen. Het ~evolq is dat de vitale capaciteit (VC) bij kinderen: a) groter is dan bij volwassenen b) kleiner is dan bij volwassenen c) evengroot is als bij volwassenen d) niet gemeten kan worden

o Ik weet niet wat vitale canaciteit is.

3. Als iemand bronchitis of astma heeft, dan worden de luchtwegen naar de longen soms vernauwd. Over de seconde-capaciteiten kun je dan zeogen dat a) ESC en ISC beide groter worden b) ESC en ISC beide kleiner worden c) ESC groter en ISC kleiner wordt d) ESC kleiner en ISC groter wordt

o Ik weet niet wat deze afkortingen betekenen.

4. Een hoge sample-rate is nodig bij: a) langzaam veranderende meetwaarden b} snel veranderende meetwaarden c) constante meetwaarden d} zowel bij langzaam als bij snel veranderende meetwaarden

o Ik weet niet wat sample-rate is.

5. Door het meetprogramma bij de spirometer-proef worden maximaal 500 meet­punten in het geheugen oogeslagen. Stel dat we kiezen voor een s~le-rate van 50 per seconde. De totale meettijd is dan maximaal a) 500 s b) 100 s c) 10 s d) 0,1 s

o Ik weet niet wat de sample-rate is.

6. In de figuur hiernaast zie je een grafiek van een ijkmeting met de micro­computer. Zoals je ziet is de ijkfaktor 41 eenheden

4!- . EENHEDEN PER LITER

per liter. Het getal op de !58

display van de AD-omzetter bij de stand van de klok van 2,5 liter is

a) ca. 50

b) ca. 70

c) ca. 100

d} ca. 200

o Ik weet niet wat de ijkfaktor is.

7. In de figuur hiernaast zie je een spirogram zoals je zelf ook hebt opgenomen.

Het ademvolume (AV) in dit spirogram is:

a) 4,5 1

b) 3 1

c) 2 1

d) 1 1

o Ik weet niet wat het ademvolume is.

8. In de figuur hiernaast zie je nog een spirogram.

De expiratoire-seconde­capaciteit (ESC) bepaal je uit het verschil in volume tussen de punten a) A en B b) B en C

c) C en D d) C en E

LIJI;Atli;Wj! •• !l 8LI--~~--~~~----~~----~1 --~~1;---~1 2L 3L 4L 5L 6L

es 28S 25S

o Ik weet niet wat de expi~atoire-seconde-ca~aciteit (ESC) is.

M E H U

i jld n9 van de sP ir0111eter

2 sPiro9ra~ oPne~en

#I ·====&iM C5JI <~vol9d door RETURN>

IJKING VAN DE SPIROMETER

- Potentio~eter 9o~d zetten

........... - br•.n9 ~ sPirOMter in .d• .sti.nd

258

oppe ... J;~ 2 .. eek QA. ... tq_i_

P~ f'-t 1~ U(\" Je S{J •'vo ~&r-

r-.~41

IJKING VAN DE SPIROMETER

taiJJIII!Qatl~

Ha M>t int!IPen va.n C vo19t

- de 9rafiek van de ijk~tin9

- ~ b4Pste rechte 1 i Jn door de

- de waarde van de iJkfactor

J.L

I'IETING VERWERKEN

----·--2

3

4

volu~v~rschil tuss~n tw~e Punt~n in het sPiro9ralll

sekonde-caPaciteiten

verlaten van v.rwerkin9s­Pr09r&l•••u

w•wmMma C?N (9eVol9d door RETL~N)

SEKONDE-CAPACITEITEN BEPALEN

Ha intl:IPen van 'C' verschiJnt Mt sP i ro9rl.lll wer.

~t de cursortoetsen laat Je twee kruisJ~ steeds te9elijk over het sP iro9r.\l.lll loPen.

- Do:- kr•J.isJes stu.n UIWZiitiS uit elk1.1.r.

- Met de RETIJRN-toets 9eef .. ie de P h<~.ts J .. nr, r,JI . .\I.r de sekonder,r.\l.a.rde berekend moet worden.

- Ben .Je kla,.r, 9eef d1.n weer een 'C'.

VOLUMEVERSCHIL BEPFtLEN

- Na i ntl:IPen v1.n 'C' v~rschi Jnt Mt sPiro9ralll w~er.

- Met de cursortoets~n laat Je een kruisje over het sPiro9ralll loPen.

- Met de RETIJRH-toets geef je de t~e Punten I.J.n, ..,, . .-.rtt•.ssen .ie het:. volu~verschil wilt bePalen.

waeaw...-

I. Jo .....

.. \J I.S SlO ~EO SC ft -.,. .. .. •• ,. ,. ,. 10

,.. -

•• t• .. "" ..... 1-

10 •• • •• ,. fT ,.. n-. ......

0 I 0 I • • l!'IS"'If&7'w 0 I l)Yr"lfB'

r Of(' o-r f: c g/4..,. ~

i wo i 'I ~ f 1 :-- --~

•

~~ I I I

: ~

---o 0

\1'1 ft-

~w ..,.... I

l~ () 1 "' ""'" 0:. ~

p u

1\)

~~ l ~~ I J

~~ ] I

l§j 1§1

} ~I

.. '1 "'! -

1fi i .. 't

..., • 0

Q-

~= ~p; ~ , ~

" ~ ~

l~

lt .. J

" [] ~

r

t r '" f ; t' - 5 " 'f ( 1 t- ~ i) ' '&" 'f 'i .~ 0 • r;· • I I I I I - I • ö S> -- ~ - 1 .. I ,.. I

I oC'

J .., J

!I ~, I I

a I ,. ]

I

a J t C:i .! I c I I

J J J .=r I I I J

Jl ~§I I> ] I -C' I

I I J I r I

t I •• I .. J ., J - .1

., ---1 0

J j

~ I I I I

G " "' ' " "-: ö ? I' 't w t-""": • I .D I ~ -J ... I

I J J I

' u

~re • w D ". -..a

" I I

J

~~ '~ I I

-c "

~c ~€n ~

C't-tb

'"' n-c; ~ $)

c..Q fb

~~· ~~ ~

I 1

riLE SPIROH!:T CCR:ë;ATIOH DATC: ·•· 04/::!J/::1~ l !3'{!:1 r•:M '".t:.: BUBF ILE ECKI\rcT DUINKERK Hf.lnOOJA

0- - - - - - - P l A R 0 0 N C 0 M « ~ L A T l P N

0

111

r6

PB

?l::i

1.0000 ( 0) P·•tltU!l!t!

-0.4::!81 ( 1::!4) P··•O.OOO

-9.5777 ( 1::!8) p .. o.ooo

O.:!l.:!:t 1::!6)

r•,.·o.ooo

0.38l::i ( 1::!9) !"'··o.ooo

O.::!::ï09 ( 11~)

P·•o.ooz

0.086? ( 1:!.1) P·•0.176

0.:!89:! ( 117) P•.•O.OOO

0.3407 ( 116) p.,o.ooo

- 0."1::!8:!. ( :.::!1) f'·•O.OOO

1.0000 ( 0) !"'·-•Mit"!Ht

0.11::!911 ( 1::!11) r>···O.OOO

··O.::!OH, ( ::.::!:.:!) r·· • o.o~:!

-0.::!7?0 ( !:!::i) !"···0.001

• O.::!lBB ( :!.1::!) f'·•·O.OlO

0.33013 ( 111) P··o.ooo

-·O.l7B~ ( 1111) r·-o.o::!9

-0.::!0011 ( 11::!) P·-•0.017

... o.::,777 ( 1::!:]) r···o.ooo

0.11::!9"1 ( l::.,> :>· ·o.ooo

~ .0000 ( 0) r·· '!~':"''

. o. ::oo ( "..:!-~)

r-·o.ooo

-O.J"J:J':j < !::•n ?··o.ooo

~·o.:::t: ( .._ l'::Ï)

p 0.009

-·0.0.!311 ( 1:7> P•·O. 360

·-0.:66[: ( : 1.') r> ··o. oo::

;.o·o.oo:t

O<COEFFICILNT I CCAELC> I c:eNir!CnNCE>

··0. ·'1:!.~·1 ( :!.::!:) r····o.ooo

0.66?i. ( 1:::!.) r->··o.ooo

0.~06: ( ·.::!:) I'· O.Ot'O

! .• 0000 ( 0~ ?···ff~~~,:~·

... () .. :!.::-..~· :::. '·')

I' O.Ot'O

·0. :.!61,:, ( :::::> '>"0 .. oo:.

--o.~·:•ot.

( !lOl r· o.ooo

o.:!'l~J'l

( ::!.:::> '>·0.00'1

.. o.:::o:::.· ( ::.:.:!) !'··o.o:t.

:.: 1)

:>o.o::.?

'"' il •

o.:::!.::l l::!f.)

I' 0.000

-o.:1o·:.6 ( :::.::::> ">.·o.o·,J

· o.;;:oo : :.:!-~)

r· ·o.ooo

... o .. J'.J~~, ( : : ~·' ." o.ooo

:.oooo 0)

o.::-o·1 ( :::.::>~ ., ·O.O?;•

o .. o:·:u. ( :. u) I'· o.::.:.

·0. :.3.'.:! ( :. : ~) .... 0 .. 0.'~

0.::-11 :::. ··j)

!"'· o.o~·t.

0 ·~·-' ~ ·-·..J ·-( :lil) ~-0.001

t: r• r r· r :r c : r t! 1 !l

0.;.!1'1~ { : :~·.') r· (>. ooo

·o. ::u-;oo ( :::·:,;' ,, 1.) ,0!)~.

··.;!·:•> 1' ().001)

r• o .. oc·~

. '.'! .') .. o. o~·:·

~~ .. ~)OIJ':' o:

o. ~ o::c· :. : .. ~)

!' o.:~:r

o.::. '.'·1:' : ·.:.!>

1· o. o~:"'

~) .. 'L~:·! :: 7>

·~ (). 000

?6

o.::::.co~ ._._:::;)

r· ·o.oo:

·0. :!t '.!'.' ( :.~::' ., o.o·.o

. {>.:::!.: ~- ·. ·::;)

·0 .J.'O.', ( ::0 ~ . .,. 0. ()()()

~· ~~ .. :.::::,

0 .. ·:.O .. !"J : : ~.'

0. • . .!.".0 < : ~-o~·

0.~:~ :.:~

0. :·1 :!2 ( ~ : ~· ~ ·:>·,0.0.':0

:') ."'

0. OH!..~• ( :. · .. ')

I' 0 .. : :'!.

. n. o:.·:.· ., ·.:~ .')

r· t' .. :to

., ~~. ()!) ·1

.. ,, , ...... I ,,. o. ,/, -~

0 .. ' .. '-~'~' :~ < : ~ r·' , . ._ IJ .. ::•:-:-

'

:• f\ I' ... <.• .,.'.J ... .

: .OO'Hi

':'• ·~ • ~ .',1 0 •••

(). :. ~·.• :: ( : :::.) . ., 0. -~i~.

... ~

: ~- .• ~ !' 0. OC·O

:: ~ .. ·" ~-

-. ~- .. ' :· ('.OC·::.:

~) . !() : i , .. -,., \

0 .. · ... "·~ ." : :t·;

... :) . ::·~·-" ~. :..·~ ::

O.'.T!.

.... 0''f"~~ ~~- )

....... '

.... , lUl·~,, ••• \ \.o,. . .. :o J,'

, .

0.:•107 ._ :6)

,. o. 000

0. '1001 ( : :. :::)

··:· o .o· .. •

I'·O.OC:'.

··Q ! •1''ft')

( . :: :. > ·=- ,., .. o~:.-'

:. :'I~ !' (). OO··

0. ·1 !::;:.~ ( : :. :") ~ o.oo~

0. :.·1::::; ,_ ~.?)

!' ·o. oto " .. 11'1··· .. ~ ... ;,.,

~ =~: )

:.:.:'".) .. o.ooo

: .. 00!) 0

-.

lCORRELATIES PRET~ST

FILE SPlF<DMET CCREATIDN llATE ., 0_,1::!318::1) 13YSH.M F ::.u. SUBFILE ECKART DUIHKI!RK lfi!RTDOJA

0- - - - - - - P t A R B D N C 0 ~ k ~ L A 1 I 0 N

0

A1:S

A16

Al?

A19

A19

A20

A~U

A:!J

fl:!6

1.0000 ( 0) p ....... .

··0 .1:!15 ( 130) p .. o.o79

0.319~ ( 130) P••O.OOO

-0.0709 ( 129) p .. 0.21:!

··0.171? ( 1::!9) P••0.0::!6

-0.1994 ( 1:!9) P"0o01::!

-0.0177 ( 1:!8)

f'••0.423

-0.1360 ( 1::!9) ?···0.06::!

· o.:H7ti ( 130) f>.rO.OO::!

-0.1331 ( 129) Pu0.066

0.3047 ( 130) f'••O.OOO

-0.035::! ( 1::!9) ?··•O.J<16

A16

-0.1::!4:. ( 130) p ... o.o79

. 1.0000 ( 0) p.nlf.tt!tlt!f

0.0!53 ( 130) P·•0.1:1

0.0?90 ( !::!f) P••0.18!

-O.O:i:t: ( :.:!<:>) poo·0.-444

0.1061 ( !::!9) P•o.o:.:o

o.z:29 1:!0)

, ... 0.000

··0.00::!0 ( !::!9) P·•O • .,'H

0.1'1:5::! ( 1J0) 1-' .. 0.0ti:!

0.::!11'l ( 1::!9) p .. o.ooe

-0.0:!4:ï ( 130) p .. 0.391

0.1030 ( 1::!9) P--0.1:!3

A17

0.319~ ( 130) f'orO.OOO

0.01~3 ( !30) P·•0.•131

1.0000 ( 0) , ..... ,,.,l!tlll

-0.0::!7:i ( :.:!9) P··•O • J?9

-0.0!~= 1 :!',,)

r·· 0.1-n

0.036? ( !::!9) p .. 0 • .!.6'1

·-0.0::!31 ( 1::!0)

f-'•0.398

-0.101:0 ( :.:::9> ~ .. o. r!&

-O.::!t-70 ( 130) r•-o.oo::! -0.017'? ( 1::!9) ~· •0.::!9:5

0.:.1:!:!3 ( 130) ,.. ... 0.006

··0.111! ( 1:::9) ~·::0.0'?9

-o.o:>ot ( 1::!'1) P~·O.:!l=

0.0?90 ( l::!'i') ~-·0. !.07

-0.0~1:.: !::!':')

1'·0.37~

!..0000 ( 0)

.:> ••!l!flt!Ht

0.1::0: ( t:;!:l) r•··o.ose

O.::!:.ï'll C !:::O> P ·O.OO::!

0.0\'1:51:: ( :.2!:.!)

,,. 0.1-'!:

0.:.7.'1 c :.:~n n.o.O':!!

0 .1:::::~ ( :!.:.!';>) r- o.o~::!.

0. :!.HO ( !::!9) ? •0.004.

-0.011! ( 1:!f) P .. O .. ::!:!

o.o:.;so ( ::!9) ">,·0.21..9

-0.171? ( 1::!?) r··· ·o. o::i.

.. o.ot2·:; < :::•n !""0.11'1'1

... o.o:2: '..::!'?)

r· .·o •. , ··:

0.!20::! < :::E~ "'· O.O:J~

: .oooo < O> P· ·~H!~V.Y.

0 • .!2&& ( :!.::8) !> ·o.oco

0. ou.:.: ( :.~.')

p o.::.::::o

0. '1::L'é ( : :~· ~ "'"0.00::.:

l::!?> r·· o. oc!.·1

o. ~:.!!!.'

c ~=v> !'"0.0.'"1

-o.ot.::.9 ( l::!?)

0. •. 9~~~ < :.:o> ") .. o.o-.::!

'..''! /OJ/'!'..i

C Cl l F r I C l t: ~~ 1 t:

'" 0.19~·., ( 1 .,.,)

, ... ct:ö:: o .. ':.r.J6.•

( ::.:~,,

. ., o.o:.:-

0. Olli.S' l~·;•)

,. ·o. ::.t.·•

O.:!:J-1~ < : :·c~ "''0.00::!

0. :::u ::;!:!)

1"·0.000

:..oooo < O>

;'",t. ··7H~·~· ·.: :r

o.:-'!:tC:' ( ".:!'.')

!' .-o.ooo 0 ...... ., •. ,

~ :. :t ~ f)·o.o~~.~

o. ·10~~c :::!'.')

1' o. 000

0.'10'1.! c :::a' I'> 0.000

o.ot.g• ( •• :.!':» r··o .. :·':

t ~=c' :->· 0.00!

- 0.0~7:' ( : ::!:J) P ··O. ·1:::

0 • .!3:.:!? < ::·u> ">0.000

. o ... o:::

0 /\')•'"•> ..... ..J ..

·') Q. :'I:

o.ou.::: .~ :! .... '

!·' ·o.::o

0.'!1".1.'

( ~ :;'' :··· ~ .. ono

: .oooo 0)

···!) .o:.s

o.::.:~:: ',::!'!)

0- :2':.i,' ( ~=t:> ') o. 000

· O.O·Hl~ ( ::.!!:!)

o.:oo·:; { :' :::t· > '). IJ • :::!'?

1\''''

-·o .1:.:L.o ::.!'!)

t-·o.ot.::

O.OCL!O ( ~:::~~ ~ 0 .. ~~1'!_

. (1.10:.~· :::!':'>

I' ·o. :.~!,

o.:..'.''! ( :!.::0) . ., o .o·~J

:·· ~.oo:.: c ., .•..•. ,

( ~=:!'' .,. 0. 0·~·~:

'.:!.')

·'). .·~ ·~ ···~ :.:. .•r

t· ·o.ooo

IJ. ·~'10 ~ ( ~ ~t~ ~ , c .000

o.o~ .,., ( ~.:.:!',>)

r>· o •. ,;:;::.:

0. l ~ :•-, ( :. :..:t.~) •') 0.00'>

OCCDtJTICitNT I CCASLS) I OIGNiriCftNCL) 1CORR:LATIES ?~~TI!Sf

Cl': vr.Lut: or 'i'~.oooo Jt: l''·:n:nl' 1: r CO!! t:C~LNl CPNNOl 0?/0J/~!:.i

1.1:.'!.1

~.JO)

r··o. oo~:

·:>.:'IJ::! < ~~:c; ~· C~ .. o·~::

· o.::.:.·o ~.JO>

: · .. o. co:~ 0 0 ·1 , ••

( : :.:~': ') 0. '.)::! ~

t· o .. o!-'·1

., ··tJ . OIJIJ

0 .. :::;.:.: :.:.2"!'

I' ·O. 0~'!·'

0. '1:?. J•: ( : :.:~: ~

r:o ·/4\

0 :)/;:}

! •. o.o: ~·

.J

·0.::.-:1 ( .:.::!'.') r· o.o/.6

0 ., ..•.

( ::~·)

, !) 0 ()0:.!

0. 0·,:--~· : '!';•)

.. c. :~::..

0 .::!J·~O : =~·) .. (). OQ'!

r· o.o:· ..

!} • .i0-11

> o.ooo

:. :.!~~)

~- o. 000

i' ·o.ooo

:: .o:·::.: ·• '.!'.')

.... 0 .. :!~6

0. '!~. •

. .,., 0 .~) ')

0.:!017 ( 130) P••O.OOO

-0.0::!.,'::; ( 130) p .. o.391

0.::!:!:!3 ( 130) P·•0.006

-0.0411 ( 1::!9) P·::O.J:!l

0 0.06:.9, ( 129) rn·o .. :!:!9

0.0619 ( 1~9)

P"0.24J

·0.0481 ( 1:!0) 1'••0. :!95

0.01414 ( 1::!9) P··•O. 43::i

.. 0.1:!il3 ( 130) ., f>or0.079

0.03:53 ( 1::!9) P"0.316

1.0000 ( 0) p .. tltlf!l!f!

··O.O::!J4 ( 1::!9) "'"0.396

1126 °

··O.OJ:i2 ( 129) I"···0.:!-16

0.1030 ( 1::!9) !"·•0.1:.:!3

.. 0.1111 ( 1::!~)

~""0.099

o.os::;o ( 1:!9) P•·0.268

0.1996 ( 1::!8) , .... 0.01::!

0.2811 ( 1::!8) P·n0.001

0.100:J ( 1::!0) f'o:·0.1::!9

O.J4!0 ( 1::!8) ?•"0.000

0.-1064 ( 1::!9) P.,.o.ooo

o.Jtn ( 1::!9) ,. ... o.ooo

-0.0:!:!1 ( 1:!9) p::0.396

1·.oooo ( 0) p"!t!l!tltlt

OCCOl~FICIENT I CCAEEG) I O!ONIFICftNCf) 1CORRELATIES PRETEST EH POSTTEST

<1'1 'Jr.LU! er ~···.cooo It r·!:rNn u J! r. CL!!TI :!C~:!::.~!1 t:M!HOl r~ L"C•!'!!'tm.J•> 0~/0J/0~ u~~:

FILE Bf'IROI1ET CCRI\:1\liON DAlf: " O.":!J/ll:J) &YSTr.H f !LL SUBFILE ECKART DUIHKERK U~~TOGJA

0- - - - - - - r L A R S 0 N C 0 R U ~ L A T " D N [; [! 1:. !· F : C : L' N 1 t:

0

A15

#116

1\17

A1ê

1119

#1::!0

A::l1

A .... ......

A24

A26·

P6

0.::!619 ( 116) P·•O.OO::l

-0.31'10 ( 116) p .. o.ooo

0.0::!:!8 ( 116) f' ... O."'OO

-0.0::!91 ( 116) !">"'0 .373

-0.:!:!2:! ( 116)

P•·O.OOB

-0.1438 ( 11~)

P··•0.06J

•·0.103::! ( 11~)

P"0.131

-0.::!963 c 116) P••0.001

-0.133::! ( 116) P••0.048

-0.::!761 c 116) P .. o.oo1

•: ,·· 0.10::!0 '. '116) P••0.138

0.0158 ( 116) P 000o43J

P7

0.0-tJ::! ( 1\8) 1'•0.3::!1

0.1313 ( 118) P"O.Ol8

0.0!'9::! ( ".11]) ••. ,0.1113

··0.106:! ( !19) P·•0.1::!6

- 0.1:!78 ( !1(3)

1"'0.068

0.1161 ( ~ ~7)

!"•·•0.106

-O.OJn ( 117) P···O.JII::i

O.O!::i1 ( 118) P·-•0.::!09

-0.0•1111 ( 118) p-,·0.:!::!8

0.0578 ( 118) p .. o.:!67

Pd

0.0178 ( 110) r····o. zo11

o.o.ua c 1:.8) P"O.JSB

0.:!:!7~ ( tUl> , •. , o.ooo

0.030',) c !lfl) P·,O.l'?:!

-0.091:' ( 110) r··O.U:!

o.t·.:;e.• ( !::>> P'"0.0111

o.oon.­c u·.•> ",. 0. 16EI

.. o.o::u.a ( !~8)

?"0.113?

-0.0141·, C. 11U) P .. 0.1:!B

-o.o::;a:l c 1:!.8) P··•0.266

0~0601' ·' ~-0.1747 ( . 118) . ( 1113)

-0.0571 ( 118) r->,·0. :!'!0

0.0::!1113 ( 118) p·.•O. 3'i''S

OCCOEF~ICIENT I CCftELS) I &:OHifiCftNC[)

-0.17:!-1 ( 1t3) r· -o.o:.>:1

0.:26!)'l ( !:!.2) P•·O.OO:!

o.o:a! ( ~1U) f·'"0 • .,:::!

0.1::!3::! ( ::. 8) .... 0.000

0.1.,~!. :.11!)

r· ·o.o:;a

O.::!ll:l ( ~::>)

r> o.o·.t

o.::0:!6 ( :!.1.') , .. o. o:..,

0.01.'-:. C :!C) ?"0.306

O.!:JBO ( ! '!.!'I) r•· .. o.o""

O.l01'? ( :.lEl)

0 ·0.000

.-0.1:!08 ( 110) r•··O.Ol-7

0.1lJ:2 ( !12) p .. ·o .o~·s

o.o:u. ( .. ~ :J)

·0. ::!6':' ( ::tl) ..,.0.0'.1"::;

o. o:·:-~' ( : ~- ·~)

o. ·.J'!'I ( ~: ~~ .... o.o.•J

o. ·t:·~:{! ( ... :!~)

I' 0.000

0. :!:!.~0 ( ~~:'~

?'o.oo.•

.. (>.00'1: ~ "t ~ ~·) 1-' 0. ·1El:O

O.Ll(H ( ~lS)

:"> 0.0:30

o. 0·,7:' ( ~-: 1:1) , ... o.~o·~

0.0:!'~0 C l!C) ~-·o.Jn

-0.1:107 ( 1t8) , ... 0.079

o.t611!l ( ! Hl> "'··O.OJ:"

P!.:.

0.1:007 < ~ ::H 1-···o o· •· I • ......

O.O~':.i::! ( ~ :. {:) :) ·o.;. .'';'

o .. o:·::.:· :: !! )

..- ·o .. ~·~·o

o. :n.· ( ~ : r.:' :• o .o.•::;

0 , ·' ... ......... •• ·.:J)

I·'. o.ot.::

0 .. '! ... ~. J

'" 0.00:!

o. ~:··:.:o ( · .. :~·) r' 0.00·1

o .~o;.• ( ~ ~ !: ) !"'"0.0~.!

o.o~.t.:: :!.1!:!)

r·· ·o. -1::-::. 0 .,., , ••

c :.:s~ p o.oo ...

O.OL7E: C t!O)

O.O.!IJ'..i ( ~!El> .... 0.:!1:"

· O.Of!1:•

-·o .o~. ~ .. • ( ::P.) .., 0.1'j0

· 0. O·~D~ -:. • ... "

f'· o.:o::

o .o~·o·J ( ~.: s ~ ., O.:!~.l

o.::.:•:;t, ( '!."..~)

r· o.o:o

O .. IJ..,l,•? ( :~:·~ ,, I) .• .JC:~

o.o:..::..::· ( :::. :•) !' . 0. ·10~.

~-:.!~.t!6 -: :.f:)

" 0 .0'.:'';'

o. o:·1: ( t~.'l)

r·· ·o. ·1: o

O.i.11~ ( HEt) ~- 0.06J

-0.3~90 C UU) r .. o.ooo

0.0'!?::! ( !!fl) P··O.:.-;t-:'

0.0:.:'1: "..'!.'1)

I' 0 .. ::::~

0 .O'..i'.i'! c : :m "'·0.:!'.·~

o·. :.:t.::.

1· ·o.o·:o

.. O.O':'t1 ( ~: ~) ., ·c. · .. ~ ~

• 1J. O·•E:':. ( ~.:~!)

I' o. ;:;o!

-") o.o .......

1.>. Ol.~: :: .•:

0. ·; ~~'!C c : : t: ~ :•· o.o:~.!

( •. ~ '!)

r·· o. oo-~

0 .. , ..... • ·•Wo .1.

c :~t:)

:"'0.0:2'2

0.0~70 ( ·.UH I' . 0. •1:"7

0 •.•.•. , . . .. ~. ·-( :~El)

·• o.o'!::;

0 .. ~ :.-~~~ .. , ...... ''!)

0 .()'.'':! ~ ( : :~:~ ... ·o .. ~- ~t:

I' 0. ··::~·

.. ~' .. 1!.'0

·.0~0!·:.~· ( •. ·. :'j)

1 •· ·o. ::::"?

0.:,!~::.;·."

t : 7 :·' .•. 0.001

0 ...... ".. ...... _ ... ( ·. ;,: ) :-· ·o. o:·!·

0.: •j.''? < • : r· > ·> tl.O·~·!

0.0\'0: :. : '!)

!'' o.:.u.

0. '.ll!:! ( ~:.f:l • ... 0.0~.!

o.o::=:.:

t· ·o. ·• ~t:

O.Q."'::!'." :H;)

.... 0 .:.!~,,!a

en •.'r:Lut:. oF ~-~·.oooo :::t~ r·!:H:1Ll• :r: ,.. c:m::r·nt::u:r c:~~'~)o1 rr c:n•!'L'1' r'> I

0. : -H:: ( ·.:. .•)

r· o.ot.o ~~ .oa-:.1

( ~==-> ·•·o.!.',,:!

o. ::~.:" · .. : :") ,.. o.ooo

O.O:'!J

0. 0:":~· ' ( .... !. :. ' ' r· ·o. :!l :'

0. 0:]'..1 ( ~~!.) .. ). 0 .. :~J:?

o.o:..:~6 ( ':.'!.1.!) I' 0.:!~:?

o.o·.o~· ::7)

:-. IJ .. 1"'i-:i

~ .. o:..:::. ... ·~ ·.•)

•··· o.:.:~!~

o.:;.Jtt ( :.~ :') I

., 0.'!.::.!.

0. J!:!~:! I c t t:• ~ I

, ... 0.000

0 .Oi.6.' ( !:.:-> ·>· 0 .1'.!'~

0.04:!4 ( 118) F'"O.J::!_.

-0.0091 ( 118) P··•0.4~9

0.13:!4 ( 118) P··o.on

-0.1063 ( 118)

...... 0.126

-0.0881 ( 118) p-.. 0.171

. 0.0067 ( 11'7) P··•O. 1l1

-o .1 :j:!:! ( 117) p .. o.o~1

0.0676 ( 118) P•·O.::!J3

-O.OB13 ( 118) P·u0.171

O.O:S7::! ( 118) P••0.26'1

0.07:!::! \ ... c 118) '· r f'••O. :!19 , I

'I . 0.04 .. ::! •. ( 118) 1: Pu0.31:'

1CORRELATIES POSTTEST 0'?/01/:J';j ··"~'.;. .. FILE Sf'IROHE:.T CCRi::ATION DI'IU ". 0"11:!3/0::..) EYSTII'! r lLL SUBFILE ECKART DUIHKCRK IIE:RTOOJA

0- - - - - - - - - - - - P l A R & 0 N C 0 R R l L 1'1 1 l 0 N [: 0 E t I I C l L ~~ l !i •· •· •· -· - · • •· •· · · •·

0 Pl · P:! PJ

1'1 1.0000· 0.6:!0EI 0.1701 ( 0) ( 1:!:!) ( !.:!:2) pr. tlt!llt! I! r··o. ooo ,.,o.o:o

P:! 0.6208 1.0000 0.:!0:!1 ( 1:!:!) ( 0) ( ~::!~)

P••O.OOO ?"lt!t!tll!t r> '0.013

P3 0.1704 0.20:!., 1.0000 c 12:!) ( 122) ( 0)

Poo0.030 p ... o.o13 P·•·tttttUttl

P4 O.Jtn2 0.3093 0.39!-1 ( 121) ( 1:!1) ( !:!1) P··o.ooo !'"··•0.000 P•·O.OOO

OCCOEFFICIENl I CCA6l8) I SIGNlf!CANCl)

•

!'>"'

0 .. :!~:!~ < t::!U , ... 0.000

O.JO?:J ( !~1)

?··0.000

0.~'?11 ( l:!:U P·O.OOO

1.0000 ( O> O"!flf~!f!f

CA 'JI'ILUF OF 9~•.COOO 1~: t·•:: t:H!I :::!· ('. C!ft·t r:l':U!l cr.tH·.'tl1 I'' ('tJ~!'l.'Tf !I) ~ ... ,.,

• . .

De procedure T-TEST van SPSS.

De procedure T-TEST kan worden gebruikt om te onderzoeken of er verschillen

zijn tussen meetwaarden. Er zijn 2 mogelijkheden:

Het vergelijken van de gemiddelde waarden van 2 groepen waarnemingen.

Het vergelijken van paren waarnemingen.

De manier waarop wordt bepaald of er verschillen zijn is voor beide mogelijk­

heden verschillend. In beide gevallen gaat men er vanuit dat de waarnemingen

normaal zijn verdeeld.

We willen iets weten over de gemiddelde waarden van 2 groepen, en wel of

deze waarden gelijk zijn of van ~lkaar verschillen. Het meest algemene

model dat we voor de verdeling kunnen opstellen is:

x .. = lJ. +u .. : cr. ~J 1 -1J 1

i .. 1,2 j = 1,2, ••• ,n. 1

Hierbij is lJ. = de verwachtingswaarde van groep i (geschat door het gemiddelde) 1

cr. = de standaarddeviatie van groep i (geschat door s.), 1 1

u .. = de normaal-verdeelde stochastische variabele (<u •. > • 0 en var(u .. )=l). -1J 1J 1J

Allereerst wordt de nulhypothese

FV 1 is het quotiënt van twee onafhankelijke stochastische variabelen, beide v2

met een -verdeling. Hieruit volgt een betrouwbaarheidsinterval voor 2 2 cr2/ cr2 • ( v is het aantal vrijheidsgraden).

De hypothese H : (]2 = (]2 wordt verworpen als: 0 1 2

2 2 sl Fvl <i a) of als

s2 F~~ <i a) --r- > ->

v2 2 s2 SJ

Voor de overschreidingskans a kiezen we steeds 0,05.

Als er geen significant verschil optreedt (SPSS geeft P(F)) dan stellen we

cri = cr~ = s 2 en kunnen we toetsen of ook de verwachtingswaarden 1-1 1 en 1-12 gelijk zijn.

2 s noemen we de "gepoolde" variantie.

De nulhypothese H0

: ~I = ~2 kan nu getoetst worden tegen H1: ~l ~ ~2 met de

grootheid

(~1 - ~2) - (~1 - ~2)

si +..!. nl n2

SPSS geeft de toetsgrootheid t en de bijbehorende waarschijnlijkheid (signi­

ficantie) Pv (t<-tv , t >tv ) • Als Pv kleiner is dan a= 0,05 wordt de nul­

hypothese verworpen.

2 = ,...2 Als we de hypolthese a 1 v 2 toetsingsgrootheid gebruiken

We gebruiken dan de volgende

moeten verwerpen kunnen we tv niet meer als

omdat deze de gepoolde variantie s 2 gebruikt.

benadering:

<i - i > - <~~ - ~2> t' = ---:;-"-1 ___ 2_-;:' ____ ...-.._ 2 2 s s l/n 1 + 2/n2

Deze grootheid is niet verdeeld als Student's t, maar door het aantal vrij­

heidsgraden aan te passen krijgen we een toetsgrootheid t' die bij benade­

ring is verdeeld als Student's t.

Het aangepaste aantal vrijheidsgraden wordt verkregen.uit 2 2 2

{(sl/nl) + (s2/n2)} v' • ---~--~-------~-~--2 2 2 2

(sl/nl) (s2/n2) } { n -1 } + { n -1

I 2

en daarna af te ronden naar het dichtstbijzijnde gehele getal. Hierna wordt

t' beschouwd als te zijn verdeeld als Student's t.

Deze vergelijking is veel eenvoudiger dan de voorgaande. Het model dat

wordt gebruikt is: x •• = ~ .. + u .•• a. i = I ,2 j = 1,2, ••• ,n 1J 1J -1J 1

De nulhypothese is H0

: ~ Ij .. ~ 2j , u •• is weer normaal verdeeld. -1J

Stel d. • x 1.- !nl·' -J - J -~

Een equivalente H is 0

Als ~ en ~ bekend

niet (ook hier niet)

j = 1,2, ••• ,n dan : H : ·<d > = 0.

0

zijn kan een u-toets worden toegepast. Meestal kan dat

en moet var(d) worden geschat door:

2 s -=oei

n - 2 _n_;...--=-1 l (d.- d)

j=l J

De toetsingsgrootheid is dan:

v • n- 1.

t = -v .!<t I In v=n-1 verdeeld volgens Student's t.

De toetsingsgrootheid t wordt weer berekend en de waarschijnlijkheid

Pv(! <-tv, ! >tv ). Als deze kleiner is dan a=O,OS wordt H0

verworpen.

De SPSS-procedure geeft bij het vergelijken van groepen zowel de schattingen

die behoren bij de gepoolde variantie, als die behoren bij ongelijke varian­

ties (separate varianee estimate). De gebruiker moetzelf de keuze maken op

grond van de eveneens gegeven F-waarde met de bijbehorende significantie.

Samenvattend:

groepen: P(F) < a + separate varianee estimate + P{t) <·a dan significant

verschil.

P(F) < a + pooled varianee estimate

paren: P(t) < a + dan significant verschil.

+ P(t) <a dan significant

verschil.

flo

let

lo

lo

la

c~ bC'~D>~·If .3

s •• ,,. •• ar ,. Jr 'to vr so fr • lfr b~J ......... · ...

S' •o •r to u- ,. u· ._ .,,. s- rr ~ ar I;~.,J ........... .

,.

to

,.

CfO

Jo

10

10

to

IO

c Cll;15 <:Jr.::l! "

I' 1o ,,.. Jo u- Je Jt' yo .,S" ra .,.,.. ~. ár

':ï-' ,· .. -· ...

f' 10 ,,. to ,,. ~ ar t• ~r r- n ~ ~r

'-jJ ............ .

v•

Jo

2o

,.

("G ~:~, --~ 1 Jo

~~, to

l /l I' 1 ~ v, .-vV' ~..,n V lo

~ •• 1r lo u· Jo ss· V• ., .. ,.. fT' 6e k f!ct ............

Jo

lo

IO

~ Ie •r t.. ar lo JT 'ro <rr ro n ~. ~r

6;~ .· .. -· ...

,- •• •r lo u· ,. Jr 'to .,.. ..., tr - ~,. T Ie •r to tr 1o ll" V• vr re N" ~. ~I"

•;J ;. -· ...

Jo

'lo

IO

~ •• •r &o 1.r Jo ,.. .,., .,,. ro rr lo ~,.

l:iJ .... _, ....