Nascholing Quantumwereld Bijeenkomst 1, Amsterdam 21 januari 2013

1. Nascholing QuantumwereldBijeenkomst 1, Amsterdam 21 januari 2013 Tous Spuijbroek en Lodewijk Koopman met dank aan Stichting IOBT

2. Leerdoelen cursus Drie niveaus: Leerlingennoodzaak voor QM inzien (wereldbeeld), verschijnselen begrijpen met behulp van QM, toepassingen van QM leren kennen en begrijpen DocentenI + wendbaar in kunnen spelen op vragen van leerlingen, boven de vakinhoud staan, beargumenteerde keuze maken voor de te volgen didactiek Docenten van de docentenI + II + opdoen van mogelijkheden voor inhoud en vorm van een bijscholingscursus voor docenten

3. Overzicht eerste bijeenkomst Doelen, overzicht cursus, kennismaken Perspectieven op quantum onderwijs NiNa module Quantumwereld Diner Boeken Toepassingen: camera’s, elektronenmicroscoop De golffunctie Vragen en vooruitblik

4. Vier bijeenkomsten (21 jan.) perspectieven, didactiek, golffunctie, quantum boeken, toepassingen (30 jan.) vervolg golffunctie, tunneling, proeven in de klas (12 feb.) spectra, vaste stoffen en halffgeleiders, gebruik van applets, quantum opgaven (computerlokaal) (4 mrt.) verband quantum-klassiek, interpretatie, toetsing Afsluitende toets op 13 maart

5. Quantum in Nina Domeinen met quantum: Medische beeldvorming (B2)emissie en absorptie van e.m. straling, fotonen, α-, β, γ-straling, verval van kernen, MRI en PET-scan Elektromagnetische straling en materie (E2)atoommodel Bohr, spectraallijnen, planck-krommen, zwarte stralers Kern- en deeltjesprocessen (E3, SE/keuze)“equivalentie massa en energie, beschrijven en analyseren van deeltjes- en kern-processen”

6. Belangrijke voorkennis NiNa-domeinen: Informatieoverdracht (B1)trillingen en golven, superpositie, interferentie, staande golven Kracht en beweging (C1)impulsbegrip (geschrapt in laatste versie syllabus) Energie en wisselwerking (C2)energiebegrip

7. Wat maakt Quantum moeilijk? Beschrijft een wereld buiten onze zintuiglijke waarneming

8. Classificatie van leerproblemen gebrek in voorkennis “misconcepties” ontologisch pedagogisch hiaat voorkennis gefragmenteerde voorkennis vakdidaktiek quantummechanica NiNa-domeinen B1, C1 en C2 Taber (2005)

9. “Misconcepties” Ontologisch: leerlingen hebben een bepaalde intuïtie over de wereld om hen heen die onterecht wordt toegepast in het nieuwe domein. Pedagogisch: als een resultaat van eerder onderwijs hebben leerlingen (bedoeld en onbedoeld) bepaalde ideeën ontwikkeld die niet kloppen met het nieuwe domein.

10. Het begrip “misconceptie” Een misconceptie zou als volgt (losjes) gedefinieerd kunnen worden: Een misconceptie is een cognitief schema dat 1) is ontstaan door een (beperkte) ervaring en 2) buiten het domein van die ervaring wordt toegepast Voorbeeld: “Constante kracht: constante snelheid”

11. Misconcepties golf-deeltjedualiteit foton golftherkomst: licht is “ruimtelijke” trilling(Steinberg, 1999; Olson, 2002) elektronen blijven voornamelijk deeltjes, fotonen zijn duaal (Olson, 2002) • de Broglie-golflengte is vaste eigenschap van een quantum deeltje, varieert niet met impuls (Vokos, 2000)

12. Voorbeeld uit mijn eigen onderzoekna afronding eerstejaarsvak Quantumchemie

13. Perspectieven op de quantumwereld Algemeen rijtje perspectieven: • Vakstructuur • Begrip van het dagelijks leven • Techniek en toepassing • Maatschappelijke vraagstukken • Ontwikkeling van ideeën (filosofisch, historisch)

14. Thuisopdracht Bedenk een opzet voor een eerste les in 6 VWO over het golf-deeltjesdualisme wissel in tweetallen het lesidee uit in welk perspectief past deze “eerste les”? kies het “beste” lesidee en wissel met ander tweetal uit

15. Quantum probleemgestuurd • leerstof wordt aangeboden in de vorm van "open-einde" probleemstellingen • studenten werken samen • leraren nemen rol aan van "facilitator" van leren • behandeling in de stappen van de zevensprong Hoe zou je het lesidee aan kunnen passen om het probleemgestuurd te maken?

16. Diner Start om 19.30 uur

17. Boeken over Quantum Quantics: Rudiments of Quantum Physics J.M. Levy-Leblond, F. Balibar Quantum Physics S. Gasiorowicz Kwantummechanica, een eenvoudige inleiding P.L. Lijnse online beschikbaar

18. De elektronenmicroscoop q ·U = ½ · m · v2 1,6·10-19 · 105 = ½ · 9,1·10-31· v2 v = 1,87·108 m/s λ = h/p = h/mv = 6,6·10-34/(9,1·10-31 · 1,87·108) = 3,9·10-12 m http://virtual.itg.uiuc.edu/training/EM_tutorial/

19. Afronden en vooruitblik Bijeenkomst 2: - afronden interpretatie Psi, gevolgen, discussie - tunneling - bespreken van toepassingen en experimenten voor in de klas

20. Olsen, R. V. (2002). Introducing quantum mechanics in the upper secondary school: a study in Norway. Int. J. Sci. Educ., 24 (6), 565–574. Steinberg, R., Wittmann, M. C., Bao, L., & Redish, E. F. (1999, March). The influence of student understanding of classical physics when learning quantum mechanics. In Research on teaching and learning quantum mechanics (41–44). National Association for Research in Science Teaching. Presented at the annual meeting National Association for Research in Science Teaching. http://perg.phys.ksu.edu/papers/narst/QM papers.pdf Taber, K. S. (2005). Learning quanta: Barriers to simulating transitions in student understanding of orbital ideas. Science Education, 89 (1), 94-116. Vokos, S., Shaffer, P. S., Ambrose, B. S., & McDermott, L. C. (2000, July). Student understanding of the wave nature of matter: Diffraction and interference of particles. Am. J. Phys., 68 (S1), S42–S51. Bibliografie