Modellenwerk
Wetenschap is modellenwerk. Waar wetenschappers iets proberen te begrijpen van verschijnselen die ze waarnemen maken ze modellen. Zo is bijvoorbeeld geometrische optica ontstaan. Om de loop van lichtstralen door prisma’s, spiegels en lenzen te beschrijven werd de hulp van de meetkunde ingeroepen. Met eenvoudige regels over reflectie (hoek van inval is hoek van terugkaatsing), breking (Snellius) en lenzen (evenwijdige stralen gaan door het brandpunt) is een meetkundig systeem uitgewerkt waarmee we telescopen en brillen kunnen snappen en ontwerpen. Geometrische optica is een model van de werking van de ‘echte’ optica dat ons in staat stelt die optica te begrijpen. Maar het heeft ook beperkingen: afwijkingen als chromatische en sferische aberratie kunnen we er niet mee verklaren. En de relatie tussen geometrische optica en licht als golfverschijnsel is beslist niet triviaal. Desondanks is het model nog steeds zeer bruikbaar.1
Inherent aan een model is het categoriseren van de werkelijkheid. Zo wordt in de economie onderscheid gemaakt tussen consumptiegoederen en kapitaalgoederen. Dit onderscheid is nuttig om te beschrijven hoe landen die minder dan de vervangingsinvesteringen in kapitaalgoederen investeren hun productieve basis uithollen en in een armoedespiraal terecht kunnen komen. Maar het onderscheid tussen ‘consumptiegoederen’ en ‘kapitaalgoederen’ bestaat niet echt: van een lopende band en een roomijsje is wellicht makkelijk te bepalen in welke categorie het valt, maar voor keukenapparatuur is dat een stuk lastiger. Ook hier geldt dat het model desondanks heel bruikbaar is.
Modellen worden ook gebruikt om nieuwe voorspellingen te doen en ideeën te genereren. In 1907 bedacht Einstein een modelsysteem waarin hij het basisidee van zijn algemene relativiteitstheorie kon uitdrukken: personen in een lift zonder ramen. Die personen kunnen geen onderscheid maken tussen een verblijf op aarde en een toestand waarin de lift in een raket gemonteerd is en waarvan de motor een versnelling genereert die gelijk is aan de zwaartekrachtsversnelling op aarde. In beide gevallen voelt de persoon een kracht in de richting van zijn voeten. Ook kan de persoon geen onderscheid maken tussen een lift in vrije val en een in een baan om de aarde.
Einsteins inzicht met behulp van dit modelsysteem was dat als een persoon geen onderscheid ziet of voelt er ook geen onderscheid is vanuit natuurkundig gezichtspunt. Uiteindelijk leidde dit inzicht Albert Einstein naar zijn algemene relativiteitstheorie van 1915.
| Het in deze vorm denken met modellen stelt ons in staat de natuur te beschrijven in termen als snelheid, kracht, energie, etc., termen die geïntroduceerd zijn als modelbegrip, maar die inmiddels door vrijwel iedereen gezien worden als werkelijk bestaande eigenschappen van objecten. Door leerlingen op allerlei manieren zelf modellen te laten construeren raken ze vertrouwd met deze krachtige denkwijze waarmee we in staat zijn onze kennis te vergroten en toe te passen.2 |
1. W.R. van Joolingen, Modellenwerk, oratie UU (2016)
2. W. R. van Joolingen, Commentaar: modelleren als authentieke activiteit, Tijdschrift voor Didactiek der β-wetenschappen (2003)