Leren oplossen van verklaringsproblemen in het scheikunde-onderwijs

Transcriptie

1 134 Tijdschrift voor Didactiek der B-wetenschappen 13 (1995) nr.2 Boekbespreking Leren oplossen van verklaringsproblemen in het scheikunde-onderwijs H. Kramers-Pal s Proefschrift TU-Twente, 1994 ISBN X, pp. 187 "In het chemie-onderwijs, en niet alleen daar, is het geven van verklaringen voor verschijnselen en verbanden een belangrijke activiteit. Verklaringsproblemen worden vaak gebruikt om de vakinhoud operationeel te maken en ermee te oefenen", aldus Kramers-Pals op de eerste pagina van haar proefschrift. Om dan te vervolgen met: "Een verklaringsvraag leidt tot een produkt: de verklaring. Om van de vraag (het verklaringsprobleem) naar het produkt te komen zijn denkhandelingen nodig, zoals een nadere analyse van de probleemsituatie, het bedenken van mogelijke verklaringen, het controleren ervan en het formuleren van de gevonden verklaring. In de praktijk van het chemie-onderwijs verlopen die denkhandelingen vaak chaotisch, of blijven ze achterwege en beperkt de aanpak van verklaringsproblemen zich tot reproduktiegedrag.(...) De gebrekkige uitvoering van de denkhandelingen wijst erop dat veel leerlingen in onvoldoende mate beschikken over vaardigheden voor het oplossen van natuurwetenschappelijke problemen". Hiermee beschrijft ze een belangrijk onderwijsprobleem, dat in zekere zin zelfs meer is dan dat. Immers: "Een argument om in de instructie aandacht te geven aan denk- en leen/aardigheden is dat leerlingen in hun verdere school- en studieloopbaan en hun latere leven veel profijt daarvan kunnen hebben". Hieruit moge blijken dat dit onderzoek gesitueerd kan worden in het centrum van de huidige discussies over het belang van (meta)cognitieve probleemoplossingsvaardigheden. In TD-fl, 12, no.3 (1994) is hieraan uitgebreid aandacht besteed. In dit nummer hebben zowel Kramers-Pals als ikzelf onze standpunten in deze discussie uiteengezet. Deze standpunten bleken nogal te verschillen. Een verschil dat, naar mijn indruk, bij mijn bestudering van dit proefschrift niet kleiner is geworden en dat ongetwijfeld mijn bespreking ervan zal kleuren. Desalniettemin moge uit deze bespreking blijken dat ik eraan hecht dat deze discussie gevoerd wordt, omdat ik vermoed dat beide standpunten elkaar niet zozeer uitsluiten alswel eerder aanvullen.

2 Aandacht voor verklaringsproblemen, te kenmerken door de opdracht 'leg uit', en voor 'het leren verklaren' is belangrijk omdat dit soort problemen een hoofdcategorie vormt in de huidige vwo-eindexamens scheikunde. Vandaar de vraagstelling van dit onderzoek: a. welke vaardigheden en daarmee samenhangende kennis voor het oplossen van verklaringsproblemen dienen leerlingen te verwerven bij scheikunde in de bovenbouw van het vwo, en b. hoe kan instructie hiervan op een effectieve manier plaatsvinden. Het door Kramers-Pals gebruikte theoretisch kader gaat ervan uit dat voor een theorie van onderwijsleerprocessen drie hoofdcomponenten nodig zijn: (a) een theorie van expertgedrag in een bepaald domein (om zicht te krijgen op gewenste doelstellingen), (b) een verwervingstheorie die de vereiste leeren/of ontwikkelingsprocessen beschrijft, en (c) een interventietheorie die de geschikte onderwijsmethoden en instructiestrategieën aangeeft om deze processen op gang te brengen. Als beschrijving van de te verwerven doelstellingen (in de vorm van handelingen) wordt gebruik gemaakt van een Gewenst Handelingsverloop (GHV). Als verwervingstheorie, d.w.z. voor de beschrijving van het gewenste leerproces, wordt de handelingstheorie van Gal'perin gebruikt, terwijl het begrip 'instructiefuncties' als de kern van de gehanteerde interventietheorie wordt gezien. De belangrijkste instructiefuncties zijn: oriëntering, oefening, terugkoppeling en toetsing. Het GHV is verkregen op grond van zowel empirische als rationele taakanalyses. De empirische taakanalyse werd verkregen m.b.v. hardopdenkprotocollen van zowel beginners, gevorderden, als experts. Het al eerder door Mettes en Pilot voor specificatieproblemen ontwikkelde model voor 'transformatie tot een standaardprobleem' (TSP), bleek ook geschikt voor het beschrijven van het oplosproces van verklaringsproblemen. Voor de rationele taakanalyse werd gebruik gemaakt van het deductiefnomologische 'covering law' model van Hempel. Dit model bleek goed van toepassing op de verklaringsproblemen zoals die in eindexamens chemie gestéld worden. Het beschrijvende TSP-model is vervolgens omgewerkt tot een voorschrijvend GHV. Het aldus ontwikkelde GHV geeft een groot deel van het antwoord op de eerste onderzoeksvraag. Daarnaast is echter ook gekeken naar de kennis van betrekkingen (begrippen, relaties, principes, etc.) die, gelet op het GHV, nodig is om verklaringsproblemen op te lossen en naar de wijze waarop een aantal leerboeken deze kennis behandelt. Hieraan bleek nogal het een en ander te mankeren, met name ten aanzien

3 136 Boekbespreking van de ondersteuning van de vorming van de voor probleemoplossing noodzakelijk geachte 'probleemschemata'. De tweede onderzoeksvraag is onderzocht d.m.v. een aantal onderwijsexperimenten. Vanwege tijdgebrek is, ondanks de geconstateerde tekortkoming in de vorming van de noodzakelijk geachte kennisbasis, in de instructie prioriteit gegeven aan de verbetering van het probleemoplossingsproces. Dit is gedaan door het GHV te vertalen tot een systeem van heuristieken voor een systematische aanpak van verklaringsproblemen op het niveau van het scheikunde-eindexamen vwo. Het gaat hier dus om een nieuwe vorm van een SP A-instructie, zoals bekend uit de 'Twentse School'. In een pilot-experiment werden in één klas, één maand voor het eindexamen, vier lessen gewijd aan het gebruik van een SPA. Dit werd zowel door de leraar als de leerlingen gewaardeerd, terwijl hun eindexamenresultaten boven het landelijk gemiddelde bleken te liggen. Alhoewel het niet duidelijk is of hier van een causale relatie gesproken mag worden, kan het in ieder geval wel gezien worden als bemoedigend. Op grond van dit experiment werd de SPA-vorm zodanig aangepast, dat deze nu zowel voor verklarings- als specificatie problemen bruikbaar was. In een nieuw experiment werd een driedelige instructie uitgetest, bestaande uit: 1. een speciale introductieles, 2. klassikale oriëntatie op de heuristieken: 'herformuleren', 'schatten' en 'omwerken', en 3. een computerprogramma om het oplosproces van complexe problemen 'gestuurd' te oefenen. De effecten van deze instructies zijn nagegaan door vergelijking van twee experimentele groepen met een controle groep; een SPA-groep had instructie 1 en 2 gevolgd, en een COO-groep instructie 1 en 3. Opnieuw bleek de SP A-instructie zowel door leerlingen als leraren goed te worden ontvangen. De SPA-groep bleek op het eindexamen net niet significant (5% niveau) beter te presteren dan de controlegroep, voor de COO-groep was dit wel het geval (het verschil was ca. 7,5 punt op een totaal van 90). In vervolg op dit resultaat werd het computerprogramma uitgebreid met heuristieken voor het controleren van verklaringen. Tenslotte zijn ook de effecten van dit uitgebreide programma nagegaan in een complex onderwijsexperiment, met als belangrijkste resultaat dat er t.a.v. de eindexamenresultaten ditmaal geen significant verschil te bespeuren was tussen de experimentele groepen en de controlegroep. Weliswaar was er een toename in kennis van heuristieken, maar deze kennis was kennelijk nog niet operationeel genoeg om te kunnen leiden tot een beter oplosproces. Tot zover een globale beschrijving van de hoofdlijnen van een omvangrijk,

4 complex en consciëntieus uitgevoerd onderzoek, dat genuanceerd wordt gerapporteerd in een goed leesbaar proefschrift. Het onderzoek richt zich op het verbeteren van het probleemoplossend gedrag van leerlingen, binnen de randvoorwaarden van het huidige onderwijs. Dat betekent dat zaken als de inhoud van het onderwijs, de aard van de te verklaren problemen en de norm van het eindexamen niet ter discussie worden gesteld. Een uitgangspunt dat me overigens volstrekt legitiem lijkt. Het gebruikte theoretisch kader leidt er toe dat het onderzoek slechts in geringe mate aandacht besteedt aan de inhoudelijke problemen van leerlingen, waardoor een diepere reflectie op de inhoud van het onderwijs ook niet nodig lijkt. Het gaat immers om algemene vaardigheden, alhoewel deze natuurlijk wel in chemische probleemstellingen moeten functioneren en worden aangeleerd. Ik zou dit onderzoek daarom, in hoofdzaak, ook niet zozeer vakdidactisch willen noemen, maar eerder toegepast onderwijskundig. Alhoewel over deze kwalificering, afgezien van de vraag of ze belangrijk is, uiteraard discussie mogelijk is. Vandaar ook dat de in het proefschrift beschreven vakinhoudelijke zaken, zowel voor wat betreft begripsproblemen van leerlingen als een geconstateerde inadequate didactiek in leerboeken, in het empirische onderzoek, vanwege gebrek aan tijd, verder geen rol hebben gespeeld. Hier zit natuurlijk een hoofdprobleem. Immers, de auteur geeft zelf aan dat het belang van een goede kennis van 'betrekkingen' van essentieel belang is voor een goed verloop van het oplossingsproces. Desalniettemin kiest ze ervoor om in haar experimentele instructie verder geen aandacht te besteden (afgezien van terugkoppeling op bij oefening geconstateerde hiaten) aan de kwaliteit van de declaratieve kennis, maar de aandacht volledig te richten op procedurele kennis. Dit vanuit de veronderstelling dat leerlingen die zich een geëxpliciteerde probleemaanpak eigen hebben gemaakt, bij toepassing ervan betere resultaten zullen behalen bij het oplossen van verklaringsvragen (p.69). Echter, zoals ze elders ook zelf zegt (p. 131): "Voor een goede beantwoording van deze vragen moeten leerlingen over voldoende vakinhoudelijke kennis beschikken. Als deze onvoldoende is, levert verbetering van kennis van controleheuristieken vermoedelijk nauwelijks verbeteringen op". Vandaar dat ze, neem ik aan, uiteindelijk ook concludeert dat in vervolgonderzoek "instructie die gericht is op de opbouw van een doelmatige kennisbasis meer aandacht zal moeten krijgen dan in het hier beschreven onderzoek" (p. 137). Ik kan in deze een gevoel van teleurstelling en verbazing toch niet onderdrukken. De opbrengst van dit onderzoek naar het leren van probleemoplossingsvaardigheden is toch eigenlijk teleurstellend. En als zodanig onderscheidt het zich in dit opzicht niet van veel ander onderzoek op dit gebied. Daarmee wordt opnieuw aangetoond dat het verwachte positieve leereffect in de huidige onderwijspolitieke nadruk op het aanleren van algemene vaardig-

5 138 Boekbespreking heden voornamelijk op theoretisch en empirisch drijfzand berust. Het leren oplossen van (chemische) problemen kan, naar mijn overtuiging, niet echt succesvol gebeuren op de aangegeven wijze, maar vraagt tegelijkertijd om ingrijpend inhoudelijk-didactisch onderzoek. Het lijkt me niet alleen een contradictio in terminis, maar ook een verkeerde weg, om vanwege generaliseerbaarheid (en veronderstelde transfermogelijkheden) naar andere vakinhouden, te streven naar een GHV waarin vakspecifieke handelingen in nietvakspecifieke termen worden beschreven (p.136). Net zozeer kan ik me niet aan de indruk onttrekken dat als, om dezelfde redenen, een SPA voor verklaringsproblemen gelijk wordt aan die voor specificatieproblemen, toch de essentie van zulke problemen wordt opgeofferd. Het lijkt me dat in dit verband de eis van Gal'perin dat een oriënteringsbasis zo algemeen mogelijk moet zijn, een voorbarige overgeneralisatie is die empirisch niet voldoende onderbouwd is. Het lijkt me dat er eerder een andere weg bewandeld zal moeten worden, waarin juist gezocht gaat worden naar meer inhoudsspecifieke heuristieken. Betekent dit nu dat het gebruik van een SPA als in dit proefschrift niet zinvol kan zijn? Dat zou me ook een te vergaande conclusie lijken. Ik kan me goed voorstellen dat leerlingen hulp in deze vorm waarderen, net zoals het me aanbevelingswaardig lijkt om leerlingen met het ontwikkelde computerprogramma te laten oefenen. Niet omdat ze daarmee algemene probleemoplossingsvaardigheden zouden leren, maar omdat deze hulpmiddelen hen enige steun kunnen bieden in het structureren van hun inhoudelijke leerprocessen. Die steun zal waarschijnlijk het meeste resultaat hebben voor die leerlingen die 'net over de rand getild moeten worden'. Daarmee bedoel ik dat van een SP A-gebruik noch bij 'goede', noch bij 'slechte' leerlingen veel effect verwacht mag worden. De eerste groep heeft die niet nodig en de tweede loopt toch vast in hun oplossingsproces. Maar de middengroep, voor wie het vakinhoudelijk inzicht begint te dagen, maar tegelijkertijd nog niet zonder verwarring en onzekerheid is, zou bij een dergelijke hulp in structurering gebaat kunnen zijn. Het zou me interessant lijken als Kramers-Pals haar data nog eens hierop zou uitsplitsen. P.L. Lijnse vakgroep natuurkunde-didactiek, CD-fi, Universiteit Utrecht