Secondary Education

Publications¶

This is a list of publications for secondary school physics education. The list is not complete, other relevant publications are listed under the research/publications tab. Note that some of the publications are in Dutch.

2024¶

• The Vitruvian Man: An Introduction to Measurement and Data Analysis

  The Physics Teacher. 62

  C.F.J. Pols

  Valuable learning objectives of (experimental) physics education include developing in students the ability to design adequate methods and procedures, analyze data, and draw appropriate conclusions, including the specification of limitations to the validity.1 We have specified these learning goals as the understandings of evidence (UoE)2—insights and views that an experimental researcher relies on in constructing and evaluating scientific evidence. To build a foundation on which we can further develop these insights in my first-year physics lab course, I have redesigned an activity that is part of a teaching–learning sequence on scientific inquiry in secondary education.3 With this activity, deep questions about science, methodology, and validity are raised using simple means. I present the details pertaining to the intervention, the learning goals, and questions that can be addressed during this activity. Possibilities to adopt, adapt, and expand the activity are provided.

• A hands-on activity to introduce the structure of NV-center quantum bits in diamond

  Physics Education

  Rutger Ockhorst, Lodewijk Koopman, Freek Pols

  For the start of a secondary school level lesson series on quantum computing, we designed a hands-on modeling activity where students construct a model diamond lattice with a nitrogen vacancy (NV) defect. NV centers find application as qubits and sensitive magnetometers. This activity aims to help students visualize the structure of such NV centers within the diamond lattice, making the subject matter more tangible. The activity has proven to be challenging but feasible. It features both collaborative and competitive elements thereby surely creating an energizing buzz in the classroom.

• The Scientific Graphic Organizer for lab work
  The Physics Teacher. 61
  C.F.J. Pols

  Secondary school students frequently engage in lab work. Often they are asked to write a report afterwards. But if we just want to know whether they did what they were supposed to do and learned what was intended, is it then necessary to have students write an extensive lab report? Writing consumes a lot of time, and with a report we mostly assess students’ ability to communicate clearly. To formatively assess both aspects of lab work (doing the practical and learning from it) without increasing the teacher’s workload (reports piling up), I developed the Scientific Graphic Organizer (SGO). The SGO can be regarded as a pre-structured but simplified lab journal suited for quantitative physics inquiry (QPI) in which a quantitative relation between variables is sought. In the SGO all essential information is provided to produce a fair judgement of students’ doing and learning in and from lab work. In this paper I present the SGO and its features, along with my personal experience in using the SGO for lab work.

• Practicum, wat hebben we (ervan) geleerd?
  NVOX 49(10), 22-23
  C.F.J. Pols, E. van den Berg & P.J.J.M. Dekkers

  Dertig jaar geleden verscheen in NVOX een artikel van Jaap Buning en Ed van den Berg: ‘Practicum, leren ze er wat?’ De kernboodschap: practica zouden veel leerzamer zijn als ze efficiënt op leren gericht waren. Dat artikel is nog altijd (terecht) verplichte kost in de meeste lerarenopleidingen. Maar is hun boodschap nog actueel? Door de uitspraken van een leerlinge te analyseren en concrete, simpele en laagdrempelige manieren toe te voegen, bespreken we opnieuw hoe je practica leerzamer kunt maken.

• Show the physics
  C.F.J. Pols, P.J.J.M. Dekkers, et al.
  TU Delft

  Demonstrations are fantastic. They offer so many wonderful possibilities to show the beauty of physics and amaze pupils, that we really should do at least one in every physics class. While it may not always be feasible, the objection “which demo then?” no longer applies. This book presents a selection of the 99 ‘best’, most beautiful physics demonstrations from the Dutch book series “ShowdeFysica” as published by the Dutch Association for Science Education. The demonstrations are categorized as nature of science; scientific inquiry; conceptual development or special occasions. So, whether you want to deepen students’ understanding of a specific topic, want to engage them in thorough thinking, or if you were asked to demonstrate physics on a festive occasion, you can find demonstrations and inspiration in this book.

• Eenvoudig online boeken maken met Jupyter Book
  NVOX 49(8), 22-23
  C.F.J. Pols & T. Idema

  Het maken van modern lesmateriaal vereist tools die optimaal gebruik maken van interactieve elementen. De waarde van dat materiaal stijgt wanneer het makkelijk inzetbaar, aanpasbaar en te delen is. In dit artikel bespreken we de tool Jupyter Book, waarmee pagina’s met instructies eenvoudig worden gecombineerd in een interactief en toegankelijk document (website) met de mogelijkheid voor het opnemen van vergelijkingen en visualisaties.

• Leren onderzoeken
  NVOX 49(6), 50-51
  C.F.J. Pols

  Begin 2023 verdedigde ik mijn proefschrift Development of a teaching-learning sequence for scientific inquiry through argumentation in secondary physics education. In het proefschrift staat ‘leren onderzoeken’ centraal. Vragen die naar voren komen zijn: Wat willen we dat leerlingen leren? Wat houdt een goed (natuurkundig) experimenteel onderzoek precies in? Welke rol speelt argumentatie daarin?

2023¶

• Data Collection: Shifting focus on meaning making during practical work
  Physics Education. 58
  C.F.J. Pols, P. Diepenbroek

  In practical work focussing on conceptual development, students spend valuable in-class time on collecting data rather than making sense out of it. This provides a barrier to learning about the targeted concept. To address this problem, we developed an approach that we coin collaborative data collection. Using a practical on the topic density, we describe this approach and illustrate how the focus of practical work shifts away from mere data-collection towards meaning making. Although a single practical is described, the approach can be applied to other practicals as well.

• ShowdeFysica 3
  NVON: Nederlandse Vereniging voor Onderwijs in de Natuurwetenschappen
  Frederik, I., van den Berg, E., , Dekkers, P., Pols, F., Sonneveld, W., Spaan, W., van Veen, N., Staderman, K.

• De radioactiviteit van fruit
  NVOX 48 (8), 52-53.
  C.F.J. Pols, N. Zwinkels, S. Bulcke

  Als afsluiter van het eerstejaars natuurkunde practicum aan de TU Delft voeren studenten een eigen onderzoek uit. Een opvallend onderzoek dit jaar richtte zich op de radioactiviteit van fruit. Gezamenlijk doen we verslag.

• Melk in je koffie

  NVOX 48 (5), 12-14.

  A. Mooldijk, C.F.J. Pols

  In 1999 stond in de NRC een column van Karel Knip over de vraag uit de wetenschapsquiz of je direct een wolkje melk in je koffie moet doen als de bel gaat of dat je dat beter kunt doen als je terugkomt van de buitendeur. De column geeft een mooi beeld van wat er allemaal kan komen kijken als je wat dieper op de vraag ingaat. Er blijken veel mogelijkheden te zijn om ook in de klas met deze vraag aan de slag te gaan!

• De natuurkunde van Spiderman

  NVOX 48 (4), 34-35.

  C.F.J. Pols

  In filmscenes gebeuren regelmatig dingen waarvan niet meteen duidelijk is of het in het echt ook kan. Op de WND-conferentie van 2014 liet ik een samengestelde korte film zien waarbij steeds de vraag was: komt wat we zien in de filmscene overeen met de gebeurtenis zoals deze in het echt zou plaatsvinden? De vraag ‘is dit echt of worden we genept?’ is een leuke en uitdagende vraag voor leerlingen waarbij ze natuurkunde moeten gebruiken om de vraag te beantwoorden. De Spidermanfilms bieden tal van scenes waarin deze vraag gesteld kan worden.

2022¶

• Proeven (v/a)an vroeger

  NVOX 47 (10), 286-286.

  C.F.J. Pols

  In het magazijn van het natuurkundig practicum van de TU Delft staat een rijke historie aan instrumenten en experimenten opgeslagen. Toen ik drie dezelfde opstellingen tegenkwam maakte ik een ‘reis naar het verleden’ in een poging het experiment in ere te herstellen.

2021¶

• What’s inside the pink box? A Nature of Science activity for teachers and students

  Physics Education, 56(4), 045004.

  C.F.J. Pols

  Although learning about Nature of Science (NOS) promotes a variety of important outcomes, teachers often lack suitable activities for younger students to effectively address NOS. In this article I elaborate on a NOS activity developed for a teacher professionalisation workshop. The activity is suited for younger students as well, where clear links are made between elements of the activity and how science works.

• The Sound of Music: Determining Young’s Modulus using a Guitar String

  Physics Education, 56 (3), 035027.

  C.F.J. Pols

  When a new topic is introduced in the curriculum, teachers seek various ways to teach students the related concepts. For the novel topic ‘materials’ in the revised Dutch curriculum, I developed an experiment in which students determine Young’s modulus using a guitar string. The experiment not only covers several concepts related to ‘materials’ it also provides a clear link to the physics of music and illustrates to students, aged 16, why the topic ‘materials’ could be of interest.

• Practica bij de valbeweging

  NVOX 46 (10), 34-35.

  C.F.J. Pols

  Een experiment waarin de zwaartekrachtsversnelling centraal staat komt in bijna ieder jaar wel terug. Ik beschrijf hoe onderzoek naar de bijbehorende beweging zich kan ontwikkelen, startend met een kwalitatief demoexperiment en eindigend met het vaststellen van het vierde significante cijfer van g. Met het verschuiven van de jaren, schuift het leerdoel mee.

• Kritisch? Ik?! Ontwikkeling van een kritische houding in een leerlijn onderzoeken

  NTvN

  C.F.J. Pols

  Om de geringe leeropbrengst van practica te vergroten, ontwikkel en test ik in mijn promotieonderzoek een leerlijn onderzoeken. De activiteiten van deze leerlijn richten zich op het ontwikkelen van de benodigde kennis en kritische houding om een onderzoek succesvol uit te voeren. In dit artikel bespreek ik de eerste stap: leerlingen prikkelen om überhaupt een goed onderzoek op te wíllen zetten.

2020¶

• Bouw een demoproef

  NVOX 45 (10), 58-59.

  C.F.J. Pols, Hut, R.W., Oosterlaan, L., van Braak, M., Collenteur, F.

  In het eerstejaars vak Design Engineering voor fysici van Technische Natuurkunde Delft bouwen groepjes stu­denten voor hun eindopdracht een demonstratieproef die een natuurkundig fenomeen laat zien. Het belang­rijkste leerdoel is het in de praktijk leren brengen van natuurkundige kennis via een aangeleerd, gestructureerd ontwerpproces. Veel van de activiteiten uit het vak zijn bruikbaar in en interessant voor het VO.

• Practicum, net even anders

  NVOX 45 (8), 438-439.

  C.F.J. Pols

  Practicum; dertig leerlingen doen in vijftig minuten allemaal dezelfde handelingen, verzamelen dezelfde data waarbij ze hopelijk tot dezelfde conclusie komen. Het practicum blijft daarmee wel beperkt tot het zelfstandig data verzamelen en het trekken van die ene conclusie. Kan dat niet anders? Door het centraal delen van data blijft er tijd over voor een centrale discussie. In dit artikel zet ik uiteen hoe dit principe bij diverse practica toegepast kan worden.

2019¶

• De Scientific Graphic Organizer

  NVOX 44 (8), 410-411.

  C.F.J. Pols

  Een dikke stapel verslagen ligt op het bureau te wachten op nakijken. En wat staat er precies in, en wil je dat ook echt toetsen wat erin staat? Kan dat niet anders? Een Scientific Graphic Organizer zou in sommige gevallen kunnen helpen.

• De mens van Vetruvius

  NVOX 44 (6), 286-286.

  C.F.J. Pols

  Leren onderzoeken is een belangrijk onderdeel van het natuurwetenschappelijk curriculum en kennis over onderzoeken is essentieel bij het succesvol uitvoeren van practica. Maar het lukt ons nog niet goed om leerlingen de verschillende aspecten van onderzoeken te onderwijzen. In dit artikel een korte opdracht die je aan het begin van het jaar kunt doen waarin essentiële dingen over onderzoeken naar voren komen.

• Leren onderzoeken: een praktische aanpak in klas 4

  NVOX 44 (2), 98-99.

  C.F.J. Pols

  Leren onderzoeken is een belangrijk maar lastig aspect in natuurwetenschappelijk onderwijs. Met twee praktische onderzoeken probeerde ik de relevantie van het gebruik van wetenschappelijke standaarden bij te brengen en leerlingen inzicht te geven in het belang van kwalitatief en kwantitatief accurate data. Een relevante context lijkt hierin een belangrijke factor te zijn.

2018¶

• Leerlingen leren onderzoeken

  Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde, 84 (11), 45-47.

  C.F.J. Pols

  De meeste leerlingen voeren een natuurkundepracticum op een niet-wetenschappelijke manier uit. Kritisch nadenken over de opzet en uitvoering van hun eigen onderzoek blijkt lastig. Door bij meerdere practica hier aandacht aan te schenken, lijken de leerlingen zich bewuster te worden dat dit een belangrijk onderdeel is van onderzoek doen.

• De hellingproef: Een practicum over het ontbinden van krachten in componenten

  NVOX, 47 (8), 442-443.

  C.F.J. Pols

  Het ontbinden van krachten is en blijft moeilijk voor leerlingen in de vierde klas en vraagt veel oefening. Het liefst laten we leerlingen steeds op een andere wijze oefenen totdat het kwartje valt. In dit practicum gaat het over het ontbinden van zwaartekracht in verschillende componenten. Het practicum is ook uit te voeren met meer focus op de onderzoekscomponent. In dit artikel de beschrijving en achtergrond van het practicum zelf.

• Beweging in stop-motion

  NVOX, 43 (5), 244-245.

  C.F.J. Pols

  Op twitter kwam ik een leuke activiteit van natuurkundedocent Joe Cossette tegen. Zijn leerlingen moesten een stop-motionfilmpje maken van een beweging. Ik besloot dit ook in mijn 4e klas te doen en kwam er zo achter dat dit een leuke activiteit is die op verschillende manieren gebruikt kan worden.

2017¶

• Snaartheorie in de praktijk

  NVOX, 42 (2), 72-73.

  C.F.J. Pols

  Bij het relatief nieuwe onderwerp ‘materialen’ zijn nog weinig practica. Voor 4V hebben we een practicum gemaakt waarbij leerlingen de elasticiteitsmodulus van een nylon gitaarsnaar kunnen bepalen door de frequentie van de snaar te meten bij verschillende rek. Als zij de proef secuur uitvoeren, is het resultaat redelijk nauwkeurig.

• Technisch ontwerpen in 4V

  NVOX, 42 (1), 40-41.

  C.F.J. Pols

  Technisch ontwerpen is een verplicht onderdeel van het schoolexamen natuurkunde. Als je technisch ontwerpen combineert met een ander onderwerp, zoals elektriciteit, is er voldoende tijd voor. Het leverde bij ons een onverwacht succes op in 4V.

• Show de Fysica 2: Natuurkunde laat je zien

  NVON: Nederlandse Vereniging voor Onderwijs in de Natuurwetenschappen

  Frederik, I., van den Berg, E., te Brinke, L., Dekkers, P., Pols, F., Sonneveld, W., Spaan, W., van Veen, N., van Woerkom, M.

• Leerstofdomeinen: Technische automatisering

  in Kortland, K., Mooldijk, A. Poorthuis, H., Handboek natuurkundedidactiek, 206-211.

  A. Mooldijk & C.F.J. Pols.

2016¶

• Een leerlingpracticum quantummechanica voor minder dan € 30,-

  NVOX, 41 (3), 132-133

  C.F.J. Pols & J.P. Nelk

  Ben je bezig met quantummechanica in 6 vwo en vind je het lastig om een leerlingen practicum te laten doen? Wij hebben een leerlingexperiment ontwikkeld om de constante van Planck te bepalen waarbij de Arduino (zie kader) gebruikt moet worden. De kosten zijn daardoor beperkt. Een vergelijkbare demonstratieproef is ook te vinden in het NVON boek Showdefysica (Frederik et al., 2015).

• Een foto of grafiek zegt meer dan 1000 woorden

  NVOX, 41 (2), 68-69.

  C.F.J. Pols

  Leerlingen hebben vaak moeite om bij practica rekening te houden met meetonzekerheid. Zij zien niet in waarom een proef herhaald moet worden en waarom dit een betrouwbaarder resultaat geeft. Met deze eenvoudige meting kun je ze dit laten zien.

2015¶

• Een versnelling langs een helling

  NVOX, 40 (4), 178-179

  C.F.J. Pols Om het ontbinden van vectoren in componenten te oefenen in klas 6 bedacht ik een practicum waarbij we de luchtkussenbaan gebruiken. Onder de luchtkussenbaan plaatsen we een stapel papier waardoor het karretje ‘vanzelf’ naar beneden glijdt. Met dit practicum worden meerdere doelen gedekt.