Wetenschap, techniek en het opleiden van leraren voor het primair onderwijs Hanno van Keulen - Universiteit Utrecht

Transcriptie

1 Wetenschap, techniek en het opleiden van leraren voor het primair onderwijs Hanno van Keulen - Universiteit Utrecht De Kempel (Helmond), 16 november 2012 Tweedaagse Inquiry-Based Science Education

2 Voorstellen Hanno van Keulen is: Scheikundige Nieuwsgierige Programmaleider Bètatechniekonderwijs bij het Centrum voor Onderwijs en Leren, Universiteit Utrecht TalentenKracht Utrecht Wetenschapsknooppunt Utrecht Kenniscentrum Talentontwikkeling, Wetenschap & Techniek Midden

3 Waarom is de lucht blauw? Stel dat een kind deze vraag stelt, wat zijn uw gedachten hierbij? Hoe zouden uw studenten reageren? A. Ik heb geen enkel idee en raak in paniek B. Op mijn stageschool stellen kinderen dit soort vragen niet C. Ik weet het en geef meteen het goede antwoord D. Ik heb er nooit over nagedacht, maar laten we het eens gaan uitzoeken

4 Oriëntatie op Jezelf en de Wereld? Nederland kent een erg lage instroom in bèta-technische opleidingen en beroepen. Ook in Vlaanderen daalt de instroom (OECD). Vanaf een leeftijd van tien jaar sluiten kinderen beroepen uit waarmee ze onbekend zijn. Pabostudenten zijn overwegend non-bèta s (Motivaction) Pierre Léna (astrofysicus, lid Academie des Sciences, ontwikkelaar La Main à la Pâte) hierover: De basis van de opleiding van onze toekomstige onderzoekers, technici en ingenieurs ligt in de handen van hen die er de minste affiniteit mee hebben Robbert Dijkgraaf (o.a. auteur Bètacanon): Als er één groep is wiens leven door wetenschap en techniek bepaald zal worden, dan is dat de groep jonge kinderen Hebben Pabo en Basisschool hier een verantwoordelijkheid? Zo ja, hoe moet die genomen worden?

5 Denkpunten en programma 1. Alle kennis heeft een lichamelijke basis 2. Wetenschap en techniek is nauw verbonden met taal 3. De krachtige leeromgeving is een didactische structuur van materiële, sociale en narratieve affordanties 4. Het gaat niet primair om de kennis maar om attitudes en vaardigheden om te exploreren, te onderzoeken en in onze (hoogtechnologische) wereld te leven 5. Wetenschap en techniek is middel voor brede talentontwikkeling 6. Opbrengstgericht werken: ook met wetenschap en techniek

6 Denkpunt 1: Kennis is lichamelijk Van Piaget naar Gibson Van mentale representaties naar actie-perceptie systemen Van mind-body dualisme naar interactionisme Motorneuronen, spiegelneuronen en taalcentrum

7 Denken over talentontwikkeling Talent is: Multiplicatief, multidimensioneel, domeinspecifiek Een leerpotentieel richting excellentie binnen de eigen bandbreedte Emergent (een effect in een dynamisch systeem) Het gaat erom (alle) kinderen in een opwaartse talentspiraal te brengen

8 Waarom begrijpen wij elkaar? Abstracte begrippen zijn metaforen met lichamelijke oorsprong Be grijpen Stroom Zelfs de grammatica vertoont sporen van embodiment Schenken / vullen; Zeggen / fluisteren Woorden alleen zijn geen ervaringen en leiden niet zonder meer tot begrip

9 Denkpunt 3: de krachtige leeromgeving Het licht neemt de schaduw mee en daardoor wordt de schaduw steeds groter!

10 De didactische structuur van wetenschap en techniek Onderwijzen moet leren uitlokken door: Materiële affordantie: Bepaalde voorwerpen of verschijnselen trekken aandacht en suggereren actiemogelijkheden Sociale affordantie: interactie met anderen (met name de leraar) helpt om de actiemogelijkheden te herkennen en te gebruiken Cognitieve affordantie: begrip van de context (het narratief ) helpt om betekenisvolle van betekenisloze actiepercepties te onderscheiden

11 Perceptie zonder actie: Hoe laat is het hier? A. Acht uur s avonds B. Één uur s nachts C. Tien uur in de ochtend D. Geen flauw idee

12 Sociale affordantie: Interactie in wetenschap en techniek Interactie is niet hetzelfde als instructie geven Instructies, kookboekvoorschriften, handleidingen, werkbladen, techniekkisten e.d. hebben (grote) nadelen: Het onderliggende belang raakt uit het zicht ( Waarom doen we dit eigenlijk? ) Zelf nadenken is niet productief ( hand-on, minds-off ) Het resultaat komt voorop te staan, in plaats van het (leer)proces Dus: vragen, doorvragen, coachen en feedback geven ( scaffolding ; dialogic teaching ) Is dit controleverlies? Of eigenaarschap?

13 Cognitieve affordantie: Ben je een goed rolmodel? Wetenschap en techniek staat in een context, is een verhaal, kent spelers en rollen Kinderen (vooral meisjes) kennen het verhaal niet en herkennen zich niet in de spelers Gender: vooral Nederland doet het erg slecht Vraaggedrag leraren laat onbewuste vooroordelen zien Compenseren is nodig door feminiene waarden te koppelen aan W&T: samenwerken en anderen helpen

14 Denkpunt 4: Wat is wetenschap en techniek? Wetenschap en techniek is in de eerste plaats een houding. Het is nieuwsgierigheid, willen weten, willen begrijpen, willen verbeteren. De black box openmaken en kijken wat er in zit.... Wetenschap en techniek is verder een zoektocht en een praktijk. Als je een vraag hebt waarop je het antwoord niet kent, of als je een probleem wilt oplossen, dan ga je aan de slag.... Wetenschap en techniek is ook kennis en kennis maken. De beloning van de zoektocht is toegenomen inzicht waarmee je greep krijgt op de natuurlijke wereld. Door mee te doen kom je tot kennis die je begrijpt, die betekenisvol is en die je kunt inzetten om kleine en grote vragen en problemen aan te pakken.

15 Verwondering wekken is aandacht trekken

16 Is dit niet gek? Hoe zit dat?

17 Vragen leiden tot onderzoek en (soms) tot kennis en inzicht

18 Welke professionele kwaliteiten van de student / leraar moeten zich ontwikkelen? Attitude: Nieuwsgierigheid Geworteldheid en zelfvertrouwen (eigen kennis is embodied ) Geen slaaf van de methode Vaardigheden: Nieuwsgierige vragen vertalen naar leerprocessen (onderwijs ontwerpen) Interactievaardigheden Onderzoeken en ontwerpen Kennis: Overzicht over het domein (de vijf systemen ) Overzicht over de contexten Weten waar je kennis kunt vinden

19 Wetenschap en techniek: de concepten

20 Contexten die wetenschap en techniek betekenis verlenen 1. Wonen 2. Tuin, park en natuur 3. Lichaam, ziekte en gezondheid 4. Veiligheid 5. Voeding en landbouw 6. Energiegebruik 7. Mobiliteit en transport 8. Gebouwen en constructies 9. Communicatie 10. Muziek, kunst en cultuur 11. Sport, spel en beweging 12. Ontspanning en uitgaan 13. Kleding 14. Schoonmaken 15. Water en watermanagement 16. Grond, stenen, bodem en aarde 17. Weer, klimaat, lucht en hemel 18. Hergebruik, duurzaamheid en kringlopen

21 Leren kijken door de ogen van kinderen

22 Wetenschap en techniek is in de badkamer

23 Wetenschap en techniek raakt je eigen leven Persoonlijk belang: Waarom moet ik mijn handen wassen? Burgerschap: Hoe kun je water besparen? Waar komt water vandaan en waar gaat het heen? Hoe regelen we dat in de samenleving? Werk: Wie maakt dat allemaal?

24 Primaire behoeftes zijn vanzelfsprekende startpunten

25 Een ei in de magnetron?

26 Levensmiddeltechnologie? Gezondheid? Taal? Rekenen?

27 Lesgeven over en met wetenschap en techniek Aanknopingspunten voor het programma, de werkvormen en de lessen 1. Ruimte geven aan zintuiglijke, lichamelijke exploratie 2. Nieuwsgierigheid vertalen naar passende leerprocessen: a. Onderzoeken en ontwerpen volgens de empirische cyclus volgen b. De black box openmaken c. Kennis vermeerderen door opzoeken en uitzoeken 3. De wereld in: contexten verkennen 4. Verbindingen zoeken. Wetenschap en techniek als middel voor: a. Taal- en rekenvaardigheden b. Wereldoriëntatie, burgerschap, muziek, beweging,... c. Ontwikkeling van hogere orde cognitieve vaardigheden, sociale vaardigheden en executieve functies ( talentontwikkeling )

28 Jonge kind: exploreren van de natuurlijke wereld Aarde, water, lucht, vuur Vast, vloeibaar, gas Poeder, emulsie, damp Massa, evenwicht Krachten, draaien, versnelling Licht, kleur, schaduw, spiegel Geluid, trillingen Warmte

29 Exploreren: een relatie leggen tussen de materiële omgeving en je lichaam Actiemogelijkheden herkennen Vaardigheden ontwikkelen Herkennen waar je iets kunt vastmaken Een hamer zien als verlengstuk en verzwaring van je arm

30 Grijpen, draaien, slaan, wrijven, vasthouden,. het zijn je handen maar dan handiger

31 Door mensen gemaakte dingen exploreren: de black box openmaken

32 Onderzoeken en ontwerpen in context (Zie ginds komt) de stoomboot: Hoe werkt dat? Kan dat beter? Navigeren: kompas, sterren, kaarten Drijven (en zinken): dichtheid en opwaartse kracht; golven Beladen (en kapseizen): ruimte vullen; verpakkingsmateriaal; verhouding inhoud / oppervlakte Uitladen: kraan, lier, glijbaan, katapult Varen: stoom; uitzetten van gas; motor De pop-pop boot maken

33 Van exploratie naar onderzoeken: de empirische cyclus 0. Zien 1. Vragen 5.Schrijven/ Tekenen 4. Antwoorden 2. Denken Hoe 3. Meten & Doen

34 0. Introductie van probleem en/of materiaal (kan spontaan). Ontdekken Kennismaken Aanrommelen 5. Laat je eigen lichtje stralen - Rapportage Schrijf je uitkomsten op en presenteer ze aan anderen. Denken: hé, hoe zit dat?? 4. Nadenken Evalueren, hypothese toetsen Kloppen de data met wat je dacht? Waarom? Wat betekent dat voor je hypothese? Klopt het, of niet of een beetje? 1. Verzinnen van vragen - Hypothese formuleren Wat wil je (nog meer) weten? Hoe zit het (dan) met...? Hoe komt het (dan) dat? Denken over het antwoord: Hoe denk je dat het in elkaar zit/gaat/werkt? Dit is je hypothese! Ik denk dat als... dat er dan...; Ik denk dat... komt door...; Ik denk dat om... te doen er... nodig is. Testopstelling maken Test uitvoeren (data verzamelen) Uitkomsten opschrijven 2. Hoe ga je dit uitvinden Testsituatie ontwerpen Welk onderdeel zou je kunnen testen? Hoe doe pak je dat aan? Wat heb je daar bij nodig?... als je nu gaat verzinnen hoe dat komt, zit je weer in stap Uitvoeren Data verzamelen & vastleggen

35 Problemen bij het bakken van een cake Uitzoeken: Wat er gebeurt Opzoeken: Verklaringen Met rijstmeel Met gist Zonder boter Zonder ei

36 Onderzoekend en ontwerpend leren Iets materieels zorgt voor aandacht Kinderen hebben daardoor een vraag ( hoe zit dat? ) of een probleem ( kan dat beter? ) Dit ontlokt een leerproces volgens een empirische cyclus (explorerend, onderzoekend, ontwerpend of uitzoekend leren) Hierbij worden allerlei vaardigheden ontwikkeld: inbeeldingsvermogen, zelfsturing, kritisch denken, samenwerken, presenteren Het proces leidt tot beter begrip van de materiële werkelijkheid (antwoorden op vragen; oplossingen van problemen) en tot handelingservaring: de basis voor vaardigheid

37 Onderzoekend en ontwerpend leren met Water 1/2 paraplu 3 drijven en zinken 4 dijk 5 brug 6 waterrad 7 sluis 8 waterzuivering

38 Samenwerken met beroepsmensen: Hoe stroomt een rivier?

39 Kinderen als echte onderzoekers!

40 Contexten in de wereld verkennen De klas uit De natuurlijke wereld in De bebouwde wereld in Gebouwen, bruggen, verkeer,... Leren in en met science centra / Techniekmusea Omgeving van de school benutten

41 De bebouwde wereld Dan gaan ze shoppen. De modewinkel Nero Impala heeft een gevel van donkere korrelige steen. Het glanst metallisch. Er zitten glittertjes in...

42 Een les maken van graniet naar... Gebergtes... Plaattektoniek... Weer, wind en erosie... Rivieren, zand en klei... Sedimenten, vruchtbaarheid, landbouw... Gesteentekringloop, fossielen, zandsteen... Bouwen in steen, steden, winkels...

43 Woordenschat ontwikkelen: zo moet het niet

44 Zelf leren kijken en vertellen

45 Vraag: wat is dit voor een brug? A. Een hangbrug B. Een leggerbrug C. Een boogbrug D. Ik zou het niet weten (maar we zoeken het uit)

46 Bruggen bekijken

47 Een boogbrug maken met rietjes?!

48 Denkpunt 5: W&T is doel én middel Wetenschap en techniek is geschikte context om andere doelen te bereiken Zorg dat studenten wetenschap en techniek kunnen verbinden met taal, rekenen, geschiedenis,... Zorg dat studenten onderwijs kunnen ontwerpen, zodat het rooster en de methodes dienend zijn en niet leidend Leer studenten om W&T niet (alleen) als vak(je) te geven maar de kansen te benutten: Luizencontrole; zonnewering; nieuw schoolplein; vlekken; handen wassen; tussendoortje; verbouwing,... Leer studenten W&T te benutten voor passend onderwijs : Uitdagingen voor de meerbegaafden Afwisseling van denken en doen Talig voor wie dit nodig heeft

49 Denkpunt 6: Opbrengstgericht werken Omslag: van leuke dingen doen naar realiseren van leerdoelen Inspectie? Cito? Ontwikkelingen: Leerlingvolgsysteem Vaardigheden Voor Onderzoeken en Ontwerpen Attitude leerkrachten Quick Scan affordanties: Visie, schoolwerkplan en programma Professionaliteit en werkwijze leerkrachten Materiële faciliteiten Betrekken van de omgeving

50 Opbrengsten van wetenschap en techniek Onderzoekende houding Oriëntatie op jezelf en de wereld Vaardigheden voor de 21 e eeuw Mee kunnen praten en beslissen Techniek kunnen/durven/willen gebruiken Positieve attitude voor vervolgopleidingen en beroepen in de bètatechniek Kennis van wetenschappelijke en technische concepten Taal- en rekenvaardigheden Hogere orde vaardigheden Samenwerken, plannen, redeneren, communiceren, volhouden,...

51 Slotpunt: Zet studenten aan het lezen! Top 10 boeken w etenschap & t echniek in de basisschool Bie, L. de (2008). Een blik op techniek voor kleuters. Sint- Niklaas: Abimo. Bryson, B. (2008). Een heel kleine geschiedenis van bij na alles. Amsterdam: Atlas. Dijkgraaf, R., Fresco, L., Weezel, T. G. van, & Calmthout, M. van (Eds.). (2008). De bèt acanon. Amsterdam: Meulenhoff. Dijkgraaf, R., Fresco, L., Haring, B., & Groothof, F. (2009). De Junior Bètacanon LuisterCD. Diemen: Luisterwijs. cation/nl/wetenschapopschool/ wetenschapsknooppunt/pages/vi ndplaatsscholen.aspx Katan, M. B. (2008). Wat is nu gezond? Fabels en feiten over voeding. Amsterdam: Bert Bakker. Keulen, H. van (2010). Wetenschap en t echniek - I Jkpunten voor een dom ein in ont wikkeling. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Klindworth, U. (2011). Melk kom t uit een pak en jeans groeien op een akker. Thorn: Cyclone. Lingen, C. van, & Woldhek, S. (2006). Hoe dieren het doen - Passie en paring in de achtertuin. 's-graveland: Fontaine. Verdult, E. (2010). Ingenieus - De m ooiste technische illustrat ies. Diemen: Veen. Sluijter, R. (Ed.). (2011). De Bosatlas van het klim aat. Groningen: Noordhoff/KNMI. Teichmann, J., & Krapp, T. (2010). Natuurkunde eenvoudig uitgelegd. Aartselaar: Zuidnederlandse Uitgeverij. Hayes, A. (2006). De com plet e huishoudbij bel. Aartselaar: Zuidnederlandse Uitgeverij.

52 Referenties Chemero, A. (2003). An Outline of a Theory of Affordances. Ecological Psychology, 15(2), Fischer, K. W., & Bidell, T. R. (2006). Dynamic development of psychological structures in action and thought. In W. Damon & R. M. Lerner (Eds.), Handbook of child psychology (Fifth edition). Volume 1: Theoretical models of human development (pp ). New York: Wiley. Gallese, V., & Lakoff, G. (2005). The brain's concepts: The role of the sensory-motor system in conceptual knowledge. Cognitive Neuropsychology, 21, Gibson, E. J., & Pick, A. D. (2000). An ecological approach to perceptual learning and development. New York: Oxford University Press. Karmiloff-Smith, A. (1992). Beyond modularity: A developmental perspective on cognitive science. Cambridge, MA: The MIT Press. Keulen, H. van (2010). Wetenschap en techniek - IJkpunten voor een domein in ontwikkeling. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Keulen, H. van, & Oosterheert, I. (2011). Wetenschap en techniek op de basisschool. Groningen: Noordhoff. Keulen, H. van, & Sol, Y. (2012). Talent ontwikkelen met wetenschap en techniek. Utrecht: Centrum voor Onderwijs en Leren Universiteit Utrecht. Lakoff, G. (1987). Women, fire and dangerous things - What categories reveal about the mind. Chicago: University of Chicago Press. Nersessian, N. (2008). Creating scientific concepts. Cambridge (MA): MIT Press. Pinker, S. (2007). De stof van het denken - Taal als venster op de menselijke natuur: Olympus. Thelen, E., & Smith, L. B. (1994). A dynamic systems approach to the development of cognition and action. Cambridge (MA): The MIT Press. Van Geert, P. (1998). A dynamic systems model of basic developmental mechanisms: Piaget, Vygotsky, and beyond. Psychological Review, 105(4), Van Geert, P. (2011). Talent for science and technology in children and their educators. Drawing the contours of the talent map. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Vries, M. J. de, Keulen, H. van, Peters, S., & Walma van der Molen, J. (Eds.). (2011). Professional development for primary teachers in science and technology. The Dutch VTB-Pro project in an international perspective. Rotterdam: Sense. Wilson, M. (2002). Six views of embodied cognition. Psychonomic Bulletin & Review, 9(4),

53 Dank voor jullie aandacht!