Verslag van de resultaten op de retentietoets "massa-veer systemen" vd Elst, J.H.A.M.

Transcriptie

1 Verslag van de resultaten op de retentietoets "massa-veer systemen" vd Elst, J.H.A.M. Gepubliceerd: 01/01/1985 Document Version Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication: A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website. The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review. The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication Citation for published version (APA): Elst, van der, J. H. A. M. (1985). Verslag van de resultaten op de retentietoets "massa-veer systemen". (DCT rapporten; Vol ). Eindhoven: Technische Hogeschool Eindhoven. General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and 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 You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal? Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Download date: 14. Nov. 2017

2 -1- Verslag van de resultaten op de retentietoest "massa-veer systemen 'I Eindhoven, mei 1985 WFW J.H.A.M. van der Elst 1. Inleiding. In het kader van het onderzoekproject "de integratie van de computer in hel; onderwijs-leerproces" bestuderen we de volgorde waarin de verschillende fasen van het probleemoplossen onderwezen dienen te worden. Daarmee bedoelen we dat we in het begin vooral aandacht besteden aan de analyse, het selecteren van kernbetrekkin- gen en de evaluatie en interpretatie van de resultaten. Later komen de instrumentele technieken, die in het specifieke vakgebied een rol spelen pas aan de orde. De bedoeling hiervan is dat in eerste instantie de aandacht van de student wordt gericht op de essentiële kenniselementen die in het betreffende vakgebied van belang zijn. De begrippen, die in het betreffende vakgebied een rol spelen dienen volgens ons in de cognitieve structuur aanwezig te zijn voordat men start met een uitbreiding van de vakspecifieke denkhan- delingen en oplossingsprocedures. We hebben deze methodiek toegepast bij een onderwerp uit de dynamica, namelijk de massa-veer systemen. Bovendien is deze methodiek gemakkelijk toepasbaar door liet gebruik van een computersysteem. 2. Uitvoering. In het eerste trimester van het eerste studiejaar van de studie tot werktuigbouwkundig ingenieur worden de practica Massa-veer sys- teem 1 en 2 gegeven. Tijdens deze practica worden m.b.v. een computersysteem gedempte massa-veer systemen gesimuleerd. Door enigermate gestructureerd met deze massa-veer systemen te "stoeien"

3 -2- hopen we dat studenten inzicht krijgen in de begrippen 6Ee bij massa-veer systemen van belang zijn. Bovendien verwachten we dat ze enig inzicht krijgen in relaties die tussen de verschillende variabelen bestaan. Op het moment dat de studenten deze practica volgen is de theorie van massa-veer systemen nog niet behandeld. Dit gebeurt pas in het derde trimester van het eerste studiejaar in het vak "inleiding dynamica". Voordat de massa-veer systemen in het derde trimester worden be- sproken hebben wij de studenten een toets (zie bijlage) voorgelegd om na te gaan wat er nog bekend was van de begrippen en relaties, welke tijdens de practica massa-veer systeem 1 en 2 aan de orde waren gekomen. Voor het maken van deze toets hadden de studenten 30 minuten beschikbaar. Bovendien werd de mogelijkheid geboden om op- merkingen te plaatsen ten aanzien van beide practica en de toets. 3. Resultaten van de toets. Aan vier van de vijf instructiegroepen werd de toets voorgelegd. Alle studenten, die tijdens de instructie aanwezig waren, beantwoordden de vragen. In totaal waren dit 90 studenten. De toets werd door de schrijver van dit verslag nagekeken. De resultaten op de toets zijn in tabel 1 weergegeven. Om na te gaan of alle gestelde vragen ook discrimineerden tussen de groep goede studenten en slechte studenten is van alle vragen de gemiddelde score gegeven voor beide groepen. De maximale score, die behaald kon worden bedroeg 20pt. De goede groep (28 studenten) is gedefinieerd ais de groep studenten die 12 of meer punten scoorden; de slechte groep (62 studenten) bestaat uit studenten met een score minder dan 12pt.

4 -3-4. Reacties van de studenten. Een van de meest voorkomende opmerkingen van de studenten was, dat men vond dat deze toets veel te laat werd afgenomen. Het was voor de studenten triviaal dat ze ongeveer 6 maanden na de gevolgde practica er bijna niets meer vanaf wisten. Een andere veel gemaakte opmerking was dat men vond dat er tijdens de practica massa-veer systeem 1 en 2 teveel ineens geleerd moest worden. Men moest nog leren omgaan met de apparatuur, het programmapakket, paranietervariatie en begrippen die een rol spelen bij massa-veer systemen.

5 -4- Daardoor kwam de nadruk te veel te liggen op het intoetsen van gegevens zonder dat men eigenlijk precies wist wat men deed. 5. Conclusies en aanbevelingen Uit de resultaten van de studenten op de toets blijkt dat de studenten een globale indruk hebben gekregen van de begrippen, die een rol spelen bij massa-veer systemen. Dit blijkt uit de redelijke beantwoording van de vragen 1, 2 en 3a. Ze zijn echter niet goed in staat om de gebruikte grafische voorstellingen correct te interpreteren. Aan deze grafische voorstellingen is echter wel veel aandacht besteed tijdens de practica. In hoeverre deze practica toch effect hebben op het leerproces van de student in het kader van het vak "inleiding dynamica" kan op basis van deze toets niet worden vastgesteld. Om een koppeling tot stand te brengen tussen de practica massa-veer systeem 1 en 2 enerzijds en het vak "inleiding dynamica" anderzijds zal in het kader van het vak "inleiding dynamica" een aantal problemen tijdens een instructie m.b.v. het- zelfde programma dat tijdens de practica werd gebruikt, worden opgelost. Na deze instructie zal aan de studenten een korte vragen- lijst worden voorgelegd, waarin hun oordeel opnieuw wordt gevraagd over de practica massa-veer systeem 1 en 2 en het gebruik van de computer om het inzicht in de begrippen, die bij massa-veer sys- temen een rol spelen, te verdiepen. Voor het studiejaar willen we voorstellen om het prac- ticum "ruimtelijk inzicht", waarin centraal staa.t. "het leren omgaan met de apparatuur", uit te breiden met een onderdeel waarin het parametermechanisme centraal staat. De fysische probleemstelling waarin met parametervariatie wordt geoefend moet zodanig zijn dat de fysica hiervan geen probleem vormt. De handleidingen, horende bij de practica massa-veer systeem 1 en 2 moeten worden aangepast. Indien mogelijk moet de groepsgrootte 24 studenten bedragen bij 12 terminals. Er dient 1 begeleider aanwezig te zijn. De drie practica "ruimtelijk inzicht", "massa-veer systeeni 1 en 2" dienen te worden geëvalueerd en afgesloten te worden met een toets. Deze toets dient op naam gesteld te zijn en moet beoordeeld worden. De studenten met

6 -5- een onvoldoende resultaat op de toets dienen een aanvullende opdracht te krijgen. De moeilijkheidsgraad van de toets dient zodanig te zijn, dat een student die het practicum "normaal" heeft gevolgd in staat is om deze toets met een voldoende resultaat af te sluiten. Bovendien moet worden nagegaan wat de effecten zijn op de begripsvorming ten aanzien van massa-veer systemen bij het vak in- leiding dynamica ten gevolge van de practica massa-veer systeem 1 en 2. Indien deze positief zijn dan heeft het zin om dit ook toe te passen bij andere vakken.

7 Bij lage TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 1 inleiding. In het kader van het onderzoek naar de integratie van de computer in het onderwijs willen we nagaan welke kennis nog aanwezig is van de practicum eenheid massa-veer systeem van het Werktuigkundig Fysisch Practicum. Daarom leggen we u hierbij een toets voor met een aantal vragen over een massa-veer systeem. De beantwoording van deze toets is anoniem. De toets zal wel in het kader van het vak Inleiding Dynamica besproken worden op een daarvoor geschikt moment. Het is volgens ons ook in uw belang om de vragen in deze toets zo goed mogelijk te beantwoorden omdat u dan opnieuw nadenkt over begrippen die later in de cursus Inleiding Dynamica aan de orde zullen komen. Het i s de bedoeling dat u alle vragen beantwoordt op de bladen die u gekregen hebt en deze weer allemaal inlevert. De tijdsduur welke voor deze toets beschikbaar is bedraagt 30 minuten. PROBLEEMSTELLING. We beschouwen een eenvoudig massa-veer systeem zoals is weergegeven in fig.1. M = massa in kg k = veerconstante in N/m B = dempingsconstante in Ns/m xo(t) = opgedrongen verplaatsing x,(t) = ingangssignaal van het systeem = verplaatsing van massa M = uitgangssignaal figuur 1 De eigenhoekfrequentie van dit systeem wordt gekenmerkt door de relatie: w e =E OPGAVEN. Opgave 1. We als opgedrongen verplaatsing xo een zuiver sinusvormig signaal gaan uit van een ongedempt systeem;dus B = O Ns/m. Wanneer we nemen, gegeven door: 21 t x = A sin(--) O 0 T

8 TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 2 dan zal het uitgangssignaal xl (nadat de inschakelverschijnselen verdwenen zijn) ook sinusvormig zijn. Omcirkel de letter juist zijn. behorende bij de beweringen, die volgens u a. de amplitude hoekfrequentie b. de amplitude - van x neemt rechtevenredig toe met de 1 van het uitgangssignaal. van x1 is rechtevenredig met de grootte van c. de gemiddelde waarde van xl is nul. d. de hoekfrequentie van het uitgangssignaal is gelijk aan de hoekfrequentie van het opgedrongen signaal. e. de hoekfrequentie van het uitgangssignaal is gelijk aan de eigenfrequentie van het massa-veer systeem. Opgave 2. We nemen nu als opgedrongen verplaatsing een stapvormig signaal met staphoogte A.(zie fig.2) I O figuur 2 A 4 -? t (sec) Daar het systeem ongedempt is,tal het uitgangssignaal x 1 (nadat de inschakelverschijnselen verdwenen zijn) een zuiver sinusvormig signaal zijn. Omcirkel de letter behorende bij de beweringen die volgens u juist zijn. a. de amplitude van x1 neemt rechtevenredig toe met de hoekfrequentie van het uitgangssignaal. b. de amplitude van x1 is rechtevenredig met de grootte van A. c. de gemiddelde waarde van x1 is nul. d. de hoekfrequentie van het uitgangssignaal is nul omdat we hier een stapvormig ingangssignaal hebben. e. de hoekfrequentie van het uitgangssignaal is gelijk aan de eigenfrequentie van het massa-veer systeem.

9 TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 3 Opgave 3 In onderstaande twee grafieken (fig. 3 en 4 ) is de frequentieresponsie weergegeven van het in de probleemstelling beschreven massa-veer systeem, met dit verschil dat de dempingsconstante B nu ongelijk aan nul is. De dempingsconstante 8 is nu zo groot dat we kunnen spreken over een licht gedempt systeem. 0 _- 0 c figuur 3 a. Welke 2 indicaties doen u eigenfrequentie herkennen? Antwoord : figuur 4 in deze 2 grafieken de b. Teken in de figuren 3 en 4 het globale verloop van de frequentie-responsies, die wordt verkregen als de veerconstante een factor 9 maal groter wordt.

10 TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 4 Opgave 4 Schets heb verloop van de figuur, wanneer a. de dempingsconstante B b. da dempingsconstante B amplitude-verhouding in onderstaande gelijk aan O is. oneindig groot is. Ac; X1X8 AMPL Opgave 5 XI 0-1 Bepaal m.b.v. de figuren 3 en 4 het uitgangssignaal als functie van de tijdíin formulevorm) indien het ingangssignaal gegeven wordt door: xo= A sin i wotl O met wo= 3.14 rad/s Ag= 1.0 cm met andere woorden: bepaal A,, w 1 de betrekking: x1 = Alsin( wlt + cp 1 1 en v1 uit Antwoord :

11 TOETS INLEIDING DYNAMICA BLAD 5 Opgave 6. Schets in ondet-staande figuur het uitgangssignaal x 1 als functie van de tijd Yanneer het ingangssignaal stapvormig is bij hetzelfde massa-veer systeem als van figuur 3. Kan men hier spreken over een periodieke beweging? Zo nee,waarom niet? Zo ja hoe groot is dan de frequentie? Antwoord : Indien u nog commentaar wilt leveren op het practicum massa-veer systeem of op deze toets dan is dat hieronder mogelijk.