Paul de Haas

Reflecteren op interpretatieproblemen in de quantummechanica als route naar epistemische cognitie bij leerlingen in het voortgezet onderwijs

Promotoren: Prof. dr. E. Barendsen (RU) en Prof. dr. H.W. de Regt (RU) en dagelijks begeleider: Dr. J.K. Stammes (RU)

Quantummechanica wordt meer en meer onderdeel van de curricula in het voortgezet onderwijs. Leerlingen hebben echter problemen met het abstracte karakter ervan. Hun pogingen om nieuwe quantum-concepten te integreren met bekende klassieke concepten, om deze tot een coherent en visueel geheel te smeden, lopen spaak. Een kansrijke manier om de begripsproblemen aan te pakken is het bevorderen van zogenoemde epistemische cognitie, in het bijzonder het inzicht in ontologische puzzels en dilemma’s in de quantummechanica. Er zijn diverse voorstellen voor de didactische werkwijzen om dit te bereiken, maar die zijn nog nauwelijks uitgewerkt of empirisch onderzocht in de context van het voortgezet onderwijs.

Het onderzoek heeft de vorm van een onderwijskundig ontwerponderzoek, waarin lesactiviteiten ter bevordering van epistemische cognitie worden ontworpen en onderzocht. In twee lesactiviteiten staat het vergelijken van visualiseerbare klassieke ontologieën met de vaak paradoxale ontologische situatie in de quantummechanica centraal. De natuurkundecontexten zijn potentiaalput respectievelijk quantum-tunneling. De onderwijsaanpak maakt gebruik van discussies tussen leerlingen, demonstraties en simulaties. Een derde lesactiviteit richt zich op het zichtbaar maken van het menselijke aspect, door de worsteling van natuurkundigen tot leven te brengen via het historische debat aan de hand van gegeven ontologische dilemma’s. Deze activiteit wordt gerealiseerd als ‘re-enactment’ in de vorm van een rollenspel.

Elke lesactiviteit wordt ontwikkeld in enkele iteraties. De bijdrage van de activiteiten aan de epistemische cognitie van de leerlingen wordt onderzocht via kwalitatieve analysemethoden. Daarbij worden verschillende databronnen gebruikt, waaronder uitwerkingen van opdrachten, en opnamen van groepsdiscussies en semi-gestructureerde interviews met leerlingen.