MuMaQ: Music, Math's & Quantumphysics
Research on the bond between Music and the World of Quanta in Education
Renaat Frans, lector natuurkunde, KHLim dep. Lerarenopleiding, renaat.frans@khlim.be
Jeroen Vanesser, lector muziek, KHLim dep. Lerarenopleiding, jeroen.vanesser@khlim.be
Projectadministratie: Ria Bollen, tel. 011/300476, ria.bollen@khlim.be
Kan muziek voor leerlingen een poort zijn tot de kwantumfysica?
Nieuws
· MuMaQ-Congres op woensdag 29 april 2009 in de KHLim voor leraren muziek, wis- en natuurkunde en alle geïnteresseerden in de materie.
Klik op de link voor meer info over deze studiedag.
· MuMaQ-workshop op het EAS-congres, European Association for Music in Schools, Talinn,1-5 juli 2009
Het onvoorstelbare voorstellen
Het secundair onderwijs hoort algemeen vormend te zijn. Dit betekent dat een leerling zich een beeld moet kunnen vormen van cultuur en wetenschap. Muziek, wis- en natuurkunde maken ontegensprekelijk hier deel vanuit. Mogen leerlingen daarom niet verwachten in de school de essentie te vernemen van de (moderne) fysica?
Waarom horen ze op school dan slechts over de klassieke deeltjestheorie van de materie en de klassieke golftheorie van licht? Waarom vertellen we de leerlingen niet over de ontdekkingen van de moderne kwantumfysica (nu haast honderd jaar oud)? Zadelen we de leerlingen zo niet op met een achterhaald mechanistisch wereldbeeld? Zijn we niet vergelijkbaar met de tijdgenoten van Copernicus, Kepler en Galilei, die destijds zo lang vasthielden aan het achterhaalde – maar o zo veilige – geocentrische wereldbeeld? Kunnen wij niet beter?
Ook al is het wenselijk de leerlingen te vertellen over de kwantumfysica, dat betekent niet dat het gemakkelijk is: conceptueel niet en mathematisch niet. (Sub)atomaire golfdeeltjes gehoorzamen niet aan de ‘gewone’ mechanica van Newton maar evolueren als een niet-lokale kwantummechanische golffunctie in ruimte en tijd. Toch worden ze als gelokaliseerde deeltjes waargenomen. De (amplitude van de) golffunctie geeft slechts een waarschijnlijkheidsmaat om een deeltje te meten. Kwantummechanica houdt dan ook een nieuwe kijk op de fysica in.
Muziek, een didactische poort tot kwantumfysica
Om zich dit onvoorstelbare kwantummechanisch karakter van de werkelijkheid te kunnen voorstellen, werken we het analogon van de discrete muzikale trillingen didactisch uit. Dit vormt voor leerlingen de poort tot de (basisinzichten van de) golfmechanica. Tegelijk leren de leerlingen de schoonheid van de wis- en natuurkunde ontdekken samen met de mathematische grondslagen van de muziek.
We ontwerpen een leerpad (en bijhorende leermaterialen) dat leerlingen gaandeweg de band laat ontdekken tussen muziek, wiskunde en kwantumfysica. Het pad loopt via een wisselwerking tussen muzikaliteit, mathematische modellen, fysische theorieën en experimenten. De MuMaQ-methode is didactisch experimenteel, interdisciplinair en richt zich derhalve niet naar een concreet leerplan (hoewel het daarvoor wel een inspiratie kan zijn). Het is een open doos met een voorgesteld (maar niet gedetermineerd) pad, materialen, ideeën,… Uit deze doos kan een leerkracht muziek, wiskunde of natuurkunde concrete inspiratie halen voor lessen(reeksen) of voor aanvullingen bij bestaande lessen.
De leermaterialen bestaan uit 2 delen. Deel 1 handelt over “de natuurlijke rij van de tonen” en richt zich naar de leeftijdsgroep van 12-16 jaar. Rond 4 kenmerken van een toon (opwekking, kleur, harmonie en melodie) wordt er een wiskundig en muzikaal model gebouwd: de natuurlijke rij. Deze rij modelleert het bestaan van de toon op een toonverwekker en geeft zicht op het timbre ervan. Met het model kan ook de harmonie, de melodie en de toonladderconstructie beter begrepen worden.
Het 2de deel handelt over de eigenlijke kwantumfysica: "de muziek van de kwantummechanische golfdeeltjes" en richt zich naar de leeftijdsgroep 16-18 jaar. Het leerpad hieromtrent wordt gepresenteerd op de MuMaQ-studiedag op woensdag 29 april 2009 in de KHLim te Diepenbeek. Nadere info hierover volgt.
Partners
MuMaQ is een PWO-onderzoek van de groep ‘Onderwijs en Kunst’ van de KHLim departement Lerarenopleiding. MuMaQ werkt in zijn stuurgroep samen met volgende partners uit universiteiten en scholen:
· Prof. dr. Klaas Landsman, Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics (IMAPP), Radboud Universiteit Nijmegen
· Prof. dr. Mark Reybrouck, Musicologie, KULeuven
· Prof. dr. Mieke De Cock, Specifieke Lerarenopleiding Fysica, KULeuven
· Prof. dr. Diederik Aerts en Prof. dr. Bart D’Hooghe , Center Leo Apostel, VUB
· Prof. dr. Jacques Tempère en Prof. dr. Fons Brosens, Theoretische Vaste Stof Fysica, Universiteit Antwerpen
· Gino Malfait, inspecteur Muzikale Opvoeding
· Wim Peeters, diocesaan begeleider Fysica, Antwerpen-Limburg
· Hans Bekaert, leraar wis- en natuurkunde, Tienen
· Lia Peumans, lector fysica, KHLim
· Bert Appermont, lector muziek, KHLim, componist
· dr. Gerard Bodifée, astrofysicus
Disseminatie
· De leermaterialen worden uitgetest in: Middenschool St.-Jan Beringen (mei 2007), de Humaniora Kindsheid Jesu Hasselt (sep-okt 2008), Sint-Jan Berchmansinstituut Zonhoven (april-mei 2009).
· Congres van Muzes op 17 november 2007 in het Lemmensinstituut te Leuven.
· Congres van het Freudenthalinstituut (Universiteit Utrecht): Nationale Wiskunde Dagen gehouden te Noordwijkerhout, Nederland op 1 en 2 februari 2008. Zie onze hand-outs op http://www.fi.uu.nl/nwd/nwd2008/handouts/handouts.htm
· MuMaQ-Congres op woensdag 29 april 2009 in de KHLim te Hasselt-Diepenbeek
· Lezing op het EAS-congres, European Association for Music in Schools, Talinn,1-5 juli 2009
· Lezing op het GIREP-congres, International Research Group on Physics Teaching, augustus 2009
· Lezing op VOB-Velewe congres, november 2009
· Lezing voor Muzes op 11 november 2009, conservatorium Antwerpen
· Lezing op Woudschotenconferentie, didactisch congres natuurkunde, Freudenthal Instituut, Nederland, december 2009