Connecting secondary school quantum physics and nature of science. Possibilities and challenges in curriculum design, teaching, and learning

Connecting secondary school quantum physics and nature of science. Possibilities and challenges in curriculum design, teaching, and learning

Kirsten Staderman Proefschrift Universiteit Groningen Promotiedatum 22 maart 2022 Laat middelbare scholieren begrijpen hoe wetenschap werkt

Samenvatting

Volgens Kirsten Stadermann is het belangrijk dat leerlingen nadenken over vragen als: Hoe komt wetenschappelijke kennis tot stand? Hoe ‘zeker’ is wetenschappelijke kennis? Wat betekent wetenschappelijk onderzoek voor de maatschappij? Natuurwetenschappelijke vraagstukken zijn belangrijk in het publieke debat en bij persoonlijke beslissingen. Desondanks is er in natuurkundelessen weinig aandacht voor zulke vragen. Quantumfysicalessen zouden daar verandering in kunnen brengen. Wetenschap staat niet vast, leren scholieren bij quantumfysica. Dit vak is sinds 2016 onderdeel van het natuurkunde-examen voor het vwo. Het is een zeer uitdagend onderwerp omdat quantumobjecten zowel eigenschappen van golven als van deeltjes kunnen vertonen. Zulke eigenaardigheden van quantumfysica bieden kansen om leerlingen kennis te laten maken met eigenschappen, werkwijzen en grenzen van de wetenschap. Kennis over deze aspecten van wetenschap wordt steeds belangrijker.

Bij een onderzoek op Nederlandse scholen bleken leerlingen die quantumfysicalessen gevolgd hadden, een goed beeld van de aard van de natuurwetenschappen te hebben. Helaas wordt er in leerboeken weinig gebruik gemaakt van de kans om wetenschappelijke processen te bespreken. Met speciaal ontwikkeld lesmateriaal probeert Stadermann leerlingen erover te laten discussiëren. Docenten gebruikten het materiaal graag om bijvoorbeeld op de rol van modellen in de wetenschap en verschillende interpretaties van de quantumfysica in te gaan. Ook konden ze er de wetenschap een menselijker gezicht mee geven.

Stadermann hoopt curriculumontwikkelaars, lerarenopleiders en schoolboekauteurs te inspireren om het denken over wetenschappelijke processen nadrukkelijk in het quantumfysica-onderwijs te integreren. Volgens haar zou het één van de meest belangrijke doelen van het natuurkunde-onderwijs moeten zijn om leerlingen te laten begrijpen hoe wetenschap werkt; quantumfysica is er een geschikt onderwerp voor.

[collapsibles]
[collapse title=”Abstract”]
Quantum physics has been part of the Dutch upper secondary school physics exam since 2016. It is a very challenging subject because quantum objects can exhibit properties of waves as well as particles. Such peculiarities of quantum physics provide opportunities to introduce students to features, methods, and limits of science. Such knowledge about the Nature of Science is becoming increasingly important in public debates and personal decisions. Therefore, pupils should learn to think about questions such as: How is scientific knowledge generated? How ‘certain’ is scientific knowledge? What does scientific research mean for society? However, such questions receive little attention in physics lessons. Quantum physics lessons could change this.
A study in the Netherlands showed that pupils who had taken quantum physics lessons had a good understanding of several aspects of the Nature of Science. Unfortunately, physics textbooks offer few possibilities to discuss the Nature of Science. Using specially developed teaching materials, Stadermann tries to stimulate such discussions. In Stadermann’s study, teachers were found to use the materials to discuss, for example, the role of models in science and different interpretations of quantum physics. They also used them to give science a more human face.
Stadermann hopes to inspire curriculum developers, teacher trainers and textbook authors to integrate aspects of the Nature of Science into quantum physics. In her opinion, the most important goal of physics education should be to help pupils understand how science works and quantum physics seems to be a suitable subject for this.
[/collapsible]
[/collapsibles]

• Stadermann, K. (2022). Connecting secondary school quantum physics and nature of science. Possibilities and challenges in curriculum design, teaching, and learning (PDF), Faculty Science and Engineering. Groningen: University of Groningen.