De didactiek van Onderzoekend en ontwerpend leren

Transcriptie

1 De didactiek van Onderzoekend en ontwerpend leren De leeromgeving Interactief onderzoeken.nl gaat uit van de didactiek onderzoekend en ontwerpend leren (OOL). Deze didactische aanpak is uitgewerkt en verspreid door het landelijk project Verbreding Techniek Basisonderwijs (VTB). Onderzoekend en ontwerpend leren is als lesstructuur uitgewerkt in een 7-stappenmodel (van Graft & Kemmers, 2007). Dit stappenmodel is vergelijkbaar met het breder bekende 5-stappenplan dat is uitgewerkt voor de lerarenopleiding basisonderwijs (de Vaan & Marell 2006). Waarin onderscheidt onderzoekend en ontwerpend leren zich? Verschil tussen onderzoeken en ontwerpen Lesstructuur bij onderzoekend en ontwerpend leren Het 7-stappenmodel bij onderzoekend leren Het 7-stappenmodel bij ontwerpend leren Het 5-stappenplan 1. Waarin onderscheidt Onderzoekend en Ontwerpend Leren zich? Het primaire doel van onderzoekend leren en ontwerpen is het stimuleren en ontwikkelen van een wetenschappelijke houding van leerlingen (van Graft & Kemmers, 2007). Ten opzichte van het huidige wetenschap- en techniek onderwijs, dat op de meeste basisscholen vooral gebaseerd is op leesteksten vanuit de lesmethodes, is de meerwaarde van OOL dat, naast kennisconstructie op het gebied van natuur en techniek, ook de brede ontwikkeling van leerlingen gestimuleerd wordt. Bij OOL verdiepen leerlingen zich als onderzoeker en ontwerper langduriger en interactief in een concept vanuit hun eigen vragen. Onderzoeken en ontwerpen zijn volgens van Graft en Kemmers daarbij geen doel op zich, maar een manier van werken die vanuit de nieuwsgierigheid en verwondering leerlingen (samen) laat waarnemen, nadenken, handelen en reflecteren. 2. Verschil tussen onderzoeken en ontwerpen Ontwerpen en onderzoeken zijn vergelijkbare processen (van Graft & Kemmers, 2007). Zowel bij onderzoeken als bij ontwerpen worden inhoudelijke kernconcepten en (technische) inzichten opgedaan. Maar op een belangrijk aspect verschillen deze manieren van werken. Bij onderzoeken staat namelijk de vraag naar kennis centraal en bij ontwerpen de vraag naar een product. Vertaald naar het basisonderwijs betekent dit dat wetenschapsactiviteiten gekenmerkt worden door onderzoek doen (bijvoorbeeld Wat heeft de tuinkers nodig om te groeien? ) en techniekactiviteiten door ontwerpen en construeren (bijvoorbeeld Bouw een brug die open kan voor de schepen ). Onderzoek om kennis op te doen Wetenschappers doen onderzoek om de wereld om hen heen te begrijpen. Ze stellen zichzelf vragen als ze kampen met een probleem. Op basis van eerder opgedane kennis en ervaringen ontstaan er allerlei ideeën rondom het probleem die in een experiment / onderzoek getest kunnen worden. Kinderen doen van nature op een soortgelijke manier onderzoek, al heeft het eigenlijk meer de betekenis van verkennen en uitzoeken (van Graft & Kemmers,2007). Onderzoekend leren sluit aan bij die onderzoekende houding die 1

2 kinderen van nature hebben. Vertaald naar de praktijk van het basisonderwijs zou een probleem kunnen zijn dat leerlingen tuinkers willen laten groeien. Ze stellen zichzelf de vraag Hoe kan ik ervoor zorgen dat tuinkers gaat groeien? en kunnen dit vervolgens in een experiment onderzoeken. Onderzoek is in dit geval een middel om kennis op te doen, namelijk over wat tuinkers nodig heeft om te groeien. Ontwerpen om een product te construeren Bij techniek wordt op een vergelijkbare manier gewerkt, maar het uitgangspunt is een probleem waarvoor een oplossing gevonden moet worden (van Graft & Kemmers, 2007). Het ontwerpen staat hierbij centraal. Na een fase waarin eisen aan het ontwerp worden gesteld en informatie wordt verzameld, wordt gericht een oplossing of product ontworpen. In het basisonderwijs zou een probleem als Kees wil naar school, maar de school staat aan de overkant van de rivier voorgesteld kunnen worden. Leerlingen bedenken allerlei oplossingsmogelijkheden, zoals een brug bouwen. Ze gaan vervolgens die brug daadwerkelijk ontwerpen en bouwen. Er is dan sprake van ontwerpend leren waarbij een product geconstrueerd wordt. Overeenkomsten en verschillen tussen beide processen Zowel onderzoeken als ontwerpen kunnen dus als activerende werkvormen worden gezien waarbij dezelfde wetenschappelijke houding aangesproken wordt (van Graft & Kemmers, 2007). Echter, de context bij ontwerpend leren verschilt aanzienlijk van de context bij onderzoekend leren en spreekt hoogst waarschijnlijk andere leerlingen aan volgens van Graft en Kemmers. Leerlingen die wellicht niet uitgedaagd worden door een vraag naar een abstract begrip (waardoor drijft iets?), worden dat misschien wel door een vraag naar het ontwerpen van een concreet product (maak een boot die 40 knikkers kan dragen). 3. Lesstructuur bij onderzoekend en ontwerpend leren Als je een les gericht op natuurwetenschap of techniek gaat voorbereiden, denk je na over de lesopbouw. Wellicht ben je geneigd om vanuit de wijdverbreide gewoonte in het basisonderwijs te beginnen met de theorie, met uitleg en laat je daarna pas het concrete materiaal aan bod komen. Op deze manier gebruik je de concrete spullen dus als illustratie achteraf. Als je wilt dat leerlingen hun onderzoeksvaardigheden oefenen en hen dus wilt laten voorspellen en experimenteren, dan moet je niet beginnen met uitleggen maar met het aanbieden van het concrete materiaal. Met behulp van het 7-stappenmodel en het 5- stappenmodel kun je vorm geven aan onderzoekend en ontwerpend leren. De didactische modellen hebben voor zowel de leerlingen als voor de leerkracht voordelen. Enerzijds worden leerlingen uitgedaagd in hun natuurlijke nieuwsgierigheid en hebben ze zelf veel inbreng. Anderzijds wordt er tegemoetgekomen aan een behoefte van de leerkracht, namelijk om nieuwe informatie (lesstof) een plek te geven in een les. Beide didactische modellen geven hier mogelijkheid toe. 4. Het Zevenstappenmodel bij onderzoekend leren Onderzoekend leren kan als een cyclus worden voorgesteld die uit zeven stappen bestaat (van Graft & Kemmers, 2007). Deze zeven stappen laten zien dat de didactiek van onderzoekend leren verder gaat dan informatie opzoeken. Vanuit didactisch perspectief is er nadrukkelijk aandacht voor een wetenschappelijke houding die hand in hand gaat met 2

3 hands-on activiteiten. In de aanpak van het zevenstappenmodel worden de leerlingen gestimuleerd zich te gedragen en te handelen als nieuwsgierige, kritische onderzoekers. 1. Confrontatie Introductie van het materiaal of probleem. Bij deze stap is het de bedoeling dat er geconcentreerde aandacht ontstaat voor het object of verschijnsel dat centraal staat (de Vaan & Marell, 2006). Het gaat om gezamenlijke ervaringen, oproepen van reacties en het prikkelen van de nieuwsgierigheid. 2. Verkennen Een vrije exploratie van het probleem of materiaal. Deze vrije exploratie wordt ook wel aanrommelen genoemd (van Graft & Kemmers, 2007). Bij voorkeur vindt dit aanrommelen aan het concrete materiaal / organisme / voorwerp zelf plaats. Van Graft en Kemmers beschrijven in deze fase, naast het aanrommelen, de volgende leerlingactiviteiten: gegevens verzamelen, vragen stellen, ideeën opperen en/of voorspellingen doen. 3. Opzetten van een experiment Onderzoeksvragen worden omgezet naar een uitvoerbaar experiment. Het experiment wordt ontworpen en gepland (van Graft & Kemmers, 2007). De benodigde materialen en meetinstrumenten worden bijeengezocht. 4. Uitvoeren van het experiment Het experiment wordt uitgevoerd zoals in fase 3 is bedacht. Belangrijke leerlingactiviteiten zijn: waarnemen, metingen uitvoeren, uitkomsten noteren, ordenen, vergelijken, data verwerken en constateren (van Graft & Kemmers, 2007). 5. Concluderen Vanuit de resultaten van het experiment worden conclusies getrokken. Op basis van de gevonden oplossingen worden er misschien vervolgvragen bedacht, waarna opnieuw de stappen 1 t/m 4 worden uitgevoerd (van Graft & Kemmers, 2007). 6. Presenteren van resultaten De uitkomst van het experiment wordt gepresenteerd. Het uitwisselen van ervaringen is erg belangrijk voor de ontwikkeling van eigen en andermans kennis (van Graft & Kemmers, 2007). Ideeën voor presentatievormen zijn tekeningen, foto s, teksten, tabellen of grafieken en powerpointpresentaties. 7. Verdiepen en verbreden De kennis en het inzicht van de leerlingen wordt verbreed en 3

4 verdiept. De opbrengsten van het experiment worden gekoppeld aan andere contexten (van Graft & Kemmers, 2007). Er wordt zo een verbinding gelegd met samenhangende onderwerpen. De volgende leerlingactiviteiten worden door van Graft en Kemmers bij deze fase opgesomd: reflecteren, discussiëren en vergelijken. 4

5 5. Het Zevenstappenmodel bij ontwerpend leren Ontwerpen is net zoals onderzoeken een proces dat in verschillende fasen verloopt maar dan meer vanuit de context van techniekonderwijs. Het ontwerpcyclus kan als volgt worden weergegeven (van Graft & Kemmers, 2007): 1. Probleem constateren Een probleem wordt geïntroduceerd. Het vertrekpunt is een geconstateerd probleem of behoefte waarvoor naar een oplossing moet worden gezocht (van Graft & Kemmers, 2007). Het probleem wordt afgebakend en er wordt een programma van eisen vastgesteld waaraan het ontwerp moet voldoen. 2. Verkennen Een vrije exploratie over oplossingsmogelijkheden. Een creatieve fase waarbij het gaat om de volgende leerlingactiviteiten: oplossingsmogelijkheden overdenken, vragen stellen, voorspellingen doen, gegevens verzamelen en oplossingen formuleren (van Graft & Kemmers, 2007). 3. Ontwerpvoorstel maken De beste oplossingsmogelijkheid uitwerken in een ontwerpschets. De leerlingen werken de beste oplossingsmogelijkheid uit in een ontwerptekening (van Graft & Kemmers, 2007). Tevens worden materialen en gereedschappen gezocht waarmee het ontwerp kan worden uitgevoerd. 4. Uitvoeren Het ontwerp uitvoeren volgens plan. Het ontwerp wordt (eventueel op schaal) tot een prototype uitgewerkt (van Graft & Kemmers, 2007). Indien er problemen ontstaan in de uitvoering, dan wordt teruggegaan naar stap 2 en/of Testen en evalueren Het ontwerp wordt getest aan de hand van de gestelde eisen. In deze fase wordt een relatie gelegd tussen oplossing en gestelde eisen (vorm versus functie) (van Graft & Kemmers, 2007). Wanneer het ontwerp niet voldoet, wordt teruggegaan naar de voorgaande stappen. 6. Presenteren Oplossing / product wordt gepresenteerd en/of gedemonstreerd. Door te ervaren hoe andere groepjes een ontwerp hebben gevonden voor een probleem, worden leerlingen gestimuleerd in hun vindingrijkheid (van Graft & Kemmers, 2007). 7. Verdiepen 5

6 De kennis en het inzicht van de leerlingen wordt verbreed en verdiept. Indien er echte apparaten bestaan voor het lesonderwerp, kan hier uitvoerig naar gekeken worden (van Graft & Kemmers, 2007). Wat hebben de technici anders gedaan dan wij? Wat is hetzelfde? Onderzoekend leren is net als ontwerpend leren een didactiek waar aan de hand van een levensechte methode uit de beroepspraktijk van onderzoekers, ontwerpers en technici vakinhoud, vaardigheden en attitude geleerd worden. Wetenschap en techniek zijn nauw verbonden. In de ontwerpcyclus zijn wetenschappelijke en technische kennis, inzichten en vaardigheden nodig. Ook zijn de onderzoekscyclus zijn natuurwetenschappelijke en technische kennis en vaardigheden nodig. Door ontwerpend en onderzoekend te leren zouden kinderen werkenderwijs deze natuurwetenschappelijke kennis, inzichten en vaardigheden ontwikkelen. Op sommige momenten in de onderzoekendlerencyclus kan het blijken dat er een ontwerpfase nodig is. Op andere momenten tijdens het ontwerpend leren kan blijken dat een stuk onderzoek nodig is. 6. Het 5-stappenplan Het 5-stappenplan, zie in het overzicht hieronder, is vergelijkbaar met bovengenoemde modellen (De Vaan & Marell, 2006). Dit model is bij Pabo-studenten beter bekend. Deze onderzoekendlerencyclus is minder gedetailleerd uitgewerkt in vergelijking met het 7- stappenmodel, maar komt in wezen op hetzelfde proces neer dat je met de leerlingen doorloopt. 1. Er komt iets binnen (introductie/confrontatie) De leerlingen doen gezamenlijk ervaringen op, de nieuwsgierigheid wordt geprikkeld en er worden reacties uitgelokt (De Vaan & Marell, 2006). Kortom, er ontstaat geconcentreerde aandacht voor wat er binnenkomt. Er wordt een onderwerk geïntroduceerd (De Vaan & Marell). Vaak hebben leerlingen al ervaringen met het geïntroduceerde onderwerp of materiaal. Het is belangrijk leerlingen de kans te geven over deze ervaringen te vertellen. Dit zou de belangstelling intensiveren volgens De Vaan en Marell. 2. Vrije exploratie of aanrommelen (spontane verkenning) Leerlingen krijgen de kans met het concrete materiaal aan te rommelen (De Vaan & Marell, 2006). Deze zogenaamde aanrommelfase kan verschillende functies hebben volgens De Vaan en Marell. Zo raken leerlingen vertrouwd met het onbekende materiaal, ze kunnen eerder opgedane kennis en ervaringen oproepen en het kan vragen oproepen naar nieuwe aspecten. Tot slot zorgt het ervoor dat kinderen gemeenschappelijk ervaringen op kunnen doen. 3. Vraag het de zelf maar (onderzoek en vastleggen van resultaten) In tegenstelling tot de vorige fase, gaan de leerlingen in deze fase 6

7 doelgericht het verschijnsel of object onderzoeken (De Vaan & Marell, 2006). Je kunt leerlingen gericht onderzoek uit laten voeren aan de hand van werkbladen. Het voordeel hiervan is dat het jezelf als leerkracht en de leerlingen houvast geeft maar het heeft als nadeel dat de onderzoeksvragen wellicht niet aansluiten bij de eigen vragen van de leerlingen (De Vaan & Marellm, 2006). Het is ook mogelijk leerlingen eigen onderzoeksvragen te laten onderzoeken maar hierbij hebben ze volgens De Vaan en Marell wel gerichte begeleiding nodig, bijvoorbeeld bij het kiezen van zinvolle en onderzoekbare onderzoeksvragen. 4. Vertel het elkaar (rapportage/ communicatie over ontdekkingen) In deze fase worden de onderzoeksresultaten klassikaal of in groepjes besproken (De Vaan & Marell, 2006). 5. Toepassing en de leerkracht vertelt misschien ook nog wat (verbreding of verdieping) Deze fase is bedoeld om de kennis die de leerlingen al onderzoekend opgedaan hebben te verdiepen en hun inzicht uit te breiden (De Vaan & Marell, 2006). Deze fase kan volgens De Vaan en Marell ook gebruikt worden om een stuk dat ontbrak in de rapportage alsnog aan de orde te stellen, verwarring die bij de rapportage ontstaan is op te helderen, verbindingen te leggen met onderwerpen die later aan bod komen of laten zien in welke andere situaties de resultaten ook van toepassing zijn. 7