Natuurkunde is, afgezien van wiskunde en statistiek natuurlijk, een van de meest wiskundige van alle vakken. Veel leerlingen vinden natuurkunde moeilijk, in vergelijking met bijvoorbeeld scheikunde of biologie. De algemene perceptie is dat meer meisjes dit vak moeilijk vinden dan jongens. Dit is verrassend, omdat er in de academische wereld bijna evenveel vrouwelijke als mannelijke natuurkundeleraren zijn. Wat maakt natuurkunde dan tot een ‘moeilijk’ vak?

Ik stel de volgende gedachten voor, gebaseerd op mijn onderwijservaring. Een vak als biologie vereist het uit het hoofd leren van veel feiten. Zeker, er is veel uit te leggen en te begrijpen, maar over het algemeen vinden leerlingen dat ze goed kunnen scoren in biologie door het uit het hoofd te leren. Er zijn bijna geen berekeningen, grafieken, geen numerieke problemen die moeten worden opgelost, althans in de hogere middelbare scholen. Bij scheikunde speelt memoriseren opnieuw een belangrijke rol, zij het minder dan bij biologie. Men moet de chemische vergelijkingen, de elektronenstructuur, enz. begrijpen, maar veel leerlingen vinden scheikunde ook ‘hanteerbaar’. Zelfs wiskunde kan gemakkelijker zijn, omdat uit het hoofd leren meestal niet helpt en als je de methode kent om een soort probleem op te lossen, zorgt ruime oefening (‘drill’) ervoor dat je het ook bij wiskunde goed zult doen.

Wat gebeurt er dan met natuurkunde? Hier zijn een paar redenen waarom natuurkunde niet al te geliefd is:

• Conceptueel veeleisender.
• Elk concept/onderwerp impliceert denken op vele niveaus
• Er moeten experimenten worden uitgevoerd, en resultaten correleren met theoretische waarden
• Berekenen van fouten in resultaten
• Behandelen van talrijke eenheden van fysische grootheden
• Resultaten numeriek en grafisch
• Interpretatie van grafieken
• Tabellen met getallen zoals goniometrische en logaritmische tabellen
• Hanteren van apparatuur in natuurkundig laboratorium en op de hoogte zijn van begrippen als kleinste telling, nulfout, nauwkeurigheid, gevoeligheid, enz
• Redeneringen geven die kloppen met fysische, reële waarnemingen
• Definities en wetten onthouden
• Te veel formules om te leren
• Te veel theorie – wetten, handregels, hoeveelheden behandelen als vectoren of scalars, omgaan met concepten die niet ‘voor de hand liggen’.
• Overdracht van grafische naar wiskundige voorstelling en omgekeerd
• Fysica gaat niet alleen over natuurkunde; je moet ook algebra, meetkunde, calculus gebruiken en dus moet je ook redelijk goed zijn in deze andere vakken
• Sommige onderwerpen in de natuurkunde zijn abstract en misschien kan de student zich daar niet onmiddellijk mee in verband brengen, zoals quantummechanica en atoomfysica
• Fysica wordt in een sneller tempo onderwezen dan talen en sociale wetenschappen.
• Fysica kan eisen dat je begint met een specifiek resultaat en algemene regels maakt
• Het niet lezen van de tekst en het niet oplossen van oefeningen maakt begrijpen bijna onmogelijk
• Vaak zijn de opgeloste numerieke problemen van het substitutietype, zoals F = ma, gegeven F en M, vind a. Studenten worden wijsgemaakt dat natuurkunde zulke berekeningen inhoudt. We weten dat dat niet waar is. De moeilijkere problemen worden nooit opgepakt en moeilijkere onderwerpen worden als ‘optie’ gehouden, en dat zijn de onderwerpen die nodig zijn voor verdere studie.
• De grondbeginselen van het tekenen en interpreteren van grafieken zijn vaak erg zwak en dat geldt ook voor de grondbeginselen van calculus. Dus terwijl een leerling misschien weet hoe hij een afgeleide moet vinden, kan het zijn dat hem niet is verteld wat het verband is tussen afgeleide -> helling -> snelheid, oppervlakte onder een kromme-integraal, enz. Deze moeilijkheid ontstaat omdat de leraar die wiskunde onderwijst misschien niet de toepassingen van calculus op andere vakken hoeft te bespreken, en de natuurkundeleraar verwacht (soms) dat de wiskundeleraar deze onderlinge verbanden bespreekt.
• Het is heel goed mogelijk dat natuurkunde niet wordt onderwezen op de manier waarop het onderwezen zou moeten worden. Nu zou dat niet de schuld van de student zijn. Maar de student lijdt er nog steeds onder. Tal van studies hebben aangetoond dat er veel misvattingen zijn die studenten hebben en helaas worden deze misvattingen niet aangepakt.

Fysica is cumulatief. Als je de basisbegrippen niet hebt begrepen en toch voor je examens bent geslaagd, zal deze achterstand snel worden ingehaald naarmate je meer van natuurkunde bestudeert. Je moet de basis dus niet negeren. Bij vergelijkende examens wordt niet alleen de kennis uit het tekstboek getest, maar ook de toepassingen. Toepassingsgerichte problemen kunnen alleen worden opgelost als de grondbeginselen duidelijk zijn, en je vaardigheden met wiskunde, grafieken, interpretatie en logica verbeteren. Als je eenmaal weet waarom een onderwerp moeilijk lijkt, kun je aan de slag om het gemakkelijk, interessant en nuttig te maken.