Soms halen ontwikkelingen in de natuurkunde het nieuws met bijzondere ontdekkingen. Dit was het geval met de waarnemingen van gravitatiegolven door LIGO, of met de beelden van het zwarte gat M87. Maar hoe haal je deze bijzondere gebeurtenissen de klas in zonder te verdwalen in (te) lastige natuurkunde? En waar past deze natuurkunde in het programma? Het Perimeter Institute uit Canada helpt daarbij.
Er is veel gaande op de hogescholen. Bij de opleiding technische natuurkunde wordt onderzoek doen belangrijker en het onderwijs wordt daarop aangepast. Wat is de achtergrond van de hbo-bachelorcurricula en wat zijn de recente ontwikkelingen?
MULTIFILE
Achteraf gezien is alles duidelijk. Onze lesboeken brengen de natuurkunde als vanzelfsprekend en er zijn hooguit een paar bladzijden nodig om deze te beschrijven. Deze heldere uitleg verhult de bergen werk en de warboel die onmiskenbaar met wetenschap verbonden zijn. Wetenschapsgeschiedenis herinnert ons aan de uitdagingen die gepaard gaan met het bewijzen van ideeën die nu zo vanzelfsprekend lijken.
De glastuinbouw in Nederland is wereldwijd toonaangevend en loopt voorop in automatisering en data-gedreven bedrijfsvoering. Voor de data-gedreven teelt wordt, naast het monitoren van de kas-parameters ook het monitoren van gewasparameters steeds meer gevraagd. De sector is daarbij vooral geïnteresseerd in niet-destructieve, contactloze en persoonsonafhankelijk monitoring van gewassen. Optische sensortechnologie, zoals spectrale afbeeldingstechnologie, kan veel waardevolle informatie opleveren over de staat van een gewas of vrucht, bijvoorbeeld over het suikergehalte, maar ook de aanwezigheid van plantziektes of insecten. Echter is dit vaak een te kostbare oplossing voor zowel de technologiebedrijven die oplossingen leveren als voor de telers zelf. In dit project onderzoeken wij de mogelijkheid om spectrale beeldvorming tegen lagere kosten te realiseren. Het beoogde resultaat is een prototype van een instrument dat tegen lage kosten met spectrale beeldvorming een of meerdere gewaseigenschappen kan kwantificeren. Realisatie van dit prototype heeft een sterke Fotonica-component (expertise Haagse Hogeschool) maakt gebruik van Machine Learning (expertise perClass) en is bedoeld voor toepassing op scout robots in de glastuinbouw (expertise Mythronics). Een betaalbare oplossing betekent in potentie voor de teler een betere controle over kwaliteit van het gewas en automatisering voor detectie van ziekte-uitbraken. Bij een succesvol prototype kan deze innovatie leiden tot betere voedselkwaliteit en minder verspilling in de glastuinbouw.
Het lectoraat Applied Quantum Computing is een samenwerking tussen de Hogeschool van Amsterdam en het Centrum Wiskunde en Informatica. Dit lectoraat gaat zich bezig houden met het leggen van een verbinding tussen enerzijds fundamenteel onderzoek en anderzijds praktische problemen. In een samenwerking met IBM, Capgemini en Qusoft zullen cases en experimenten worden uitgevoerd hoe Quantum Computing bedrijven gaat beïnvloeden. Op het gebied van Quantum Communication zal onderzocht worden hoe m.b.v. Quantum Technologie gekomen kan worden tot een veilige communicatie. Ook zal aangesloten worden bij onderzoek naar en onderwijs worden ontwikkeld rondom hoe quantum mechanische effecten praktisch ingezet kunnen worden om metingen te verrichten. Onderzoek zal verricht worden naar het implementeren van theoretische oplossingen als bedacht in de laboratoria van universiteiten voor problemen bij bedrijven en instellingen. Binnen de Hogeschool van Amsterdam zal aansluiting worden gezocht met het onderzoek dat wordt gedaan binnen diverse lectoraten van de Faculteit DMCI, zoals responsible IT (i.o) en Urban Analytics en met de onderzoekers van de groep Urban Technology van de faculteit Techniek. In het onderwijs wordt een relatie bestendigd met opleidingen als HBO-ICT, waarvoor een minor wordt ontwikkeld, en Technische Natuurkunde. Daarbuiten zal verder gewerkt worden aan een netwerk om te komen tot een ecosysteem van instellingen en bedrijven. De Hogeschool van Amsterdam draagt Marten Teitsma als lector voor. Marten Teitsma heeft heeft veel ervaring in het onderwijs, ontwikkeling daarvan, als leidinggevende en is gepromoveerd in de Artificiële Intelligentie. Binnen de hogeschool heeft hij het initiatief genomen tot diverse activiteiten op het gebied van Quantum Computing.
Systeemdenken is een belangrijke vaardigheid voor het begrijpen en oplossen van problemen m.b.t. complexe dynamische systemen (klimaat, voedselvoorziening, natuurbeheer, recessie, etc.). Echter, systeemdenken wordt niet structureel onderwezen in het voortgezet onderwijs en het is bekend dat leerlingen een dergelijke denkwijze niet vanzelf ontwikkelen. Daardoor blijven leerlingen beperkt vaardig en onvoldoende toegerust voor de uitdagingen van de moderne samenleving. Een belangrijke vraag is derhalve: Hoe kunnen leerlingen effectief ondersteund worden in het ontwikkelen van hun vaardigheid in kritisch systeemdenken? Veel onderwerpen die aan bod komen in het voortgezet onderwijs zijn dynamische systemen (hormoonsystemen, varkenscyclus, faseovergangen, etc.). Het probleem is echter dat leerlingen de onderliggende structuur en het dynamische gedrag onvoldoende leren begrijpen. Er is geen sprake van een systematische aanpak om leerlingen kritisch systeemdenken aan te leren. Daarnaast zijn diagrammen die deze systemen in lesboeken beschrijven statisch. Ze lenen zich slecht voor actieve werkvormen die leerlingen cognitief uitdagen tot kritisch systeemdenken. Ook zijn docenten beperkt in het achterhalen of leerlingen complexe systemen begrijpen en om gedifferentieerde ondersteuning te kunnen geven. Hoe kan dit worden opgelost? Interactieve software kan een doorbraak genereren, mits deze leerlingen zelfstandig en op eigen niveau laat werken, passende hulp geeft, en de docent informeert over de voortgang van leerlingen. Wij stellen voor om een methodiek te onderzoeken en ontwikkelen, gebaseerd op een digitaal instrument, dat hierin voorziet. Hierbij worden technieken uit de Kunstmatige Intelligentie ingezet. Het basisidee is om leerlingen in een leerlijn middels conceptueel modelleren te laten werken met interactieve systeemdiagrammen. Omdat het software betreft, kan het niveau en de hulp geautomatiseerd worden en krijgt de docent informatie over voortgang en eventuele problemen. Het project sluit nauw aan bij de praktijkvraag, geeft invulling aan moderne onderwijsvormen en zorgt dat vaardigheden in systeemdenken expliciet worden getraind. De kern van het project betreft een PhD promotieonderzoek.
