Onderzoekend leren via case-based learning START. Een krachtige leeromgeving voor STEM-onderwijs via cases over onderzoekend leren

Transcriptie

1 Onderzoekend leren via case-based learning Een krachtige leeromgeving voor STEM-onderwijs via cases over onderzoekend leren Het kader is opgebouwd als een interactieve voorstelling waarin knoppen u begeleiden. Met de knop keert u terug naar het hoofdmenu. START Bronvermelding: Vervaet, S., Meys, R., Van De Keere, K., Dejonckheere, P., Deleu, A., Frans, R., Verhaegen, V., Vyvey, K. (2015) Onderzoekend leren en STEM-onderwijs. Een didactisch kader.

2 Hoofdmenu - Onderzoekend leren en STEM-onderwijs Wat is STEM? En onderzoeken en ontwerpen? Waarom STEM-onderwijs? En onderzoekend leren? Wat is onderzoekend leren? Visies op onderzoekend leren: STEM, onderzoeken en ontwerpen Doel van STEMonderwijs STEM en onderzoekend leren Veelzijdig leerproces Rijke onderwijsaanpak Hoe onderzoekend leren in de klas brengen? Pijlers voor onderzoekend leren: Hoe onderzoeken de leerlingen? Kerncomponenten van onderzoekend leren: Reflecteren Betekenisvolle contexten Denk- & doevragen Systematisch onderzoeken Reflectie & interactie Analyseren en interpreteren Klik op één van de knoppen om verder te gaan.

3 Doel DOELEN van STEM-onderwijs Het doel van STEM-onderwijs is STEM-geletterdheid: een dynamische interactie van Domeinspecifieke kennis Kennis hebben van o.a. Wetenschappelijke concepten bv. inzichten i.v.m. wetenschappelijke verschijnselen zoals voedselketen, licht, stoffen, Procedures bv. wiskundige oplossingsmethodes, controleren van variabelen (o.a. als-dan relaties), Kerncomponenten van techniek & engineering bv. systemen, processen, hulpmiddelen, normen en criteria, keuzes, optimalisatie, Domeinoverstijgende strategieën Vaardigheden, zoals Zich verwonderen Vragen stellen en zich oriënteren Voorspellen Plannen Uitvoeren van een onderzoek/ontwerp en gegevens verzamelen Analyseren en interpreteren van gegevens Conclusies en antwoorden formuleren Ruimer kijken Reflecteren Rapporteren en presenteren STEM en onderzoekend leren Doel van STEM-geletterdheid: weloverwogen beslissingen nemen om problemen op te lossen en/of nieuwe producten/processen te creëren.

4 STEM-onderwijs en onderzoekend leren ONDERZOEKEND LEREN is een mogelijke DIDACTISCHE AANPAK voor het doel van STEM-GELETTERDHEID. Onderzoekend leren vertrekt vanuit een probleemstelling en maakt het mogelijk om: de vragende en kritische ingesteldheid van kinderen te stimuleren: Kinderen leren om hun eigen mening in vraag te stellen en te herzien, leren om informatie niet meteen als juist te bestempelen, maar zich hierbij vragen te stellen zoals "Hoe komt dat?", "Waarom is dat zo?", "Hoe kan ik daar meer over te weten komen?, kinderen te stimuleren tot actief onderzoeken en ontwerpen: Kinderen leren gericht waarnemen met al hun zintuigen, leren verbanden leggen tussen variabelen, leren een onderzoek plannen en uitvoeren, leren oplossingen bedenken voor een probleem Bij onderzoekend leren gaat het dus om de stimulering van onderzoeks- en ontwerpvaardigheden die leiden tot een onderzoekende houding en niet om het aanbrengen van encyclopedische kennis of louter leuke proefjes doen. doel STEM

5 STEM-integratie? STEM, onderzoeken en ontwerpen SCIENCE Wetenschap Onderzoeken staat centraal -Wetenschappelijke concepten/inzichten -Onderzoeksvaardigheden -Materialenkennis - TECHNOLOGY Techniek Ontwerpen staat centraal -Wetenschappelijke inzichten en materialenkennis gebruiken i.f.v. een behoefte -Ontwerpproces (technisch proces) -Hanteren van materialen, hulpmiddelen, -Inzicht in gebruik en werking van techniek (begrijpen) -Belang van de impact op de maatschappij (duiden) Een STEMactiviteit ENGINEERING Engineering - Ontwerpen en onderzoeken - Optimaliseren van ontwerp en processen - Geïntegreerde benadering MATHEMATICS Wiskunde Toepassen bij het onderzoeken en ontwerpen -Relaties wiskundig uitdrukken en analyseren (modellering, metingen, grafieken, ) -Schaalberekening, oppervlakteberekening, - (Merckx, 2014)

6 STEM, onderzoeken en ontwerpen Een STEM activiteit? STEMactiviteit? overzicht STEM

7 STEM, onderzoeken en ontwerpen Zijn deze activiteiten STEM-activiteiten? Waarom wel/niet? overzicht STEM Vergroening

8 STEM, onderzoeken en ontwerpen Vergroening van de klas- en/of schoolomgeving overzicht STEM verder

9 Veelzijdig leerproces Voor de leerling is onderzoekend leren een veelzijdig leerproces. Op basis van vragen vindt exploratie en onderzoek plaats en worden kennis, vaardigheden en attitudes door de leerling zelf actief opgebouwd. Centrale leervisie is het (sociaal-)constructivisme. Deze visie veronderstelt dat leerlingen leren door actief na te denken en nieuwe informatie te organiseren en integreren in reeds bestaande kennispatronen, waarbij sociale interactie een belangrijke rol speelt. Kernidee hierbij is: Kennis wordt door de leerling zelf opgebouwd door mentale activiteit. Leerprincipes constructivisme (De Groof, Donche, & Van Petegem, 2012)

10 Veelzijdig leerproces Leerprincipes van het sociaal-constructivisme: Is een actief proces Is experimenteren Is een sociaal proces Leren Is in/over authentieke situaties Is voortbouwen op de aanwezige (voor)kennis Is de zaak van de lerende veelzijdig leerproces (De Groof, Donche, & Van Petegem, 2012)

11 Rijke onderwijsaanpak Voor de leraar is onderzoekend leren een rijke onderwijsaanpak. De leraar creëert een leeromgeving die niet-vastomlijnde, leerlinggerichte activiteiten toelaat die leerlingen stimuleren tot actief denken, doen en overleggen. Centrale opvoedingsvisie is de pedagogiek van het meesterschap. Deze visie veronderstelt dat een sterke pedagogische kracht uitgaat van de liefde van de leraar voor de wereld. Kernidee hierbij is: De houdingen van de leraar (toewijding, aanvaarding, nauwgezetheid, geduld ) zetten de leerlingen aan tot denken en handelen. Hierbij wordt ruimte en tijd gecreëerd om te leren door te exploreren en te onderzoeken. (De Groof, Donche, & Van Petegem, 2012) en (Ardui, et al., 2012)

12 10 kerncomponenten Welke gedrag willen we bij leerlingen waarnemen tijdens hun onderzoekend leerproces? 10 waarneembare gedragsindicatoren, zogenaamde kerncomponenten, kunnen worden onderscheiden. Deze kerncomponenten kunnen spontaan optreden bij de leerlingen of vanuit suggesties door de leraar. Ze zijn niet noodzakelijk allemaal aanwezig in één activiteit van onderzoekend leren. De volledige lijst kan wel een hulp zijn om een gevarieerd aanbod te voorzien voor de leerlingen andere keuzes maken andere activiteiten mogelijk. De keuze van de activiteiten hangt zoals altijd af van de doelen van de les. Hoe onderzoeken de leerlingen? Verwon -deren Vragen stellen en oriënteren Uitvoeren en verzamelen van gegevens Reflecteren Voorspellen Rapporteren en presenteren Ruimer kijken Plannen Analyseren en interpreteren Conclusies en antwoorden formuleren Voorbeeld kleuter (Boonstra, Gielen, & Joosten, 2012) en (Van de Keere & Vervaet, 2013)

13 10 kerncomponenten Hoe onderzoeken de leerlingen? 3 de kleuter / 2 de -3 de graad lager Vragen stellen en oriënteren Uitvoeren en verzamelen van gegevens kerncomponenten Verwonderen Plannen Reflecteren Voorspellen Ruimer kijken Analyseren en interpreteren Rapporteren en presenteren Conclusies en antwoorden formuleren

14 10 kerncomponenten Verwonderen Hier toont de leerling interesse voor een opstelling, een object, een verschijnsel, een gebeurtenis of een probleem. Deze interesse kan af te lezen zijn uit het gedrag van de leerling, maar de leerling kan ook al vragen stellen. Deze vragen zijn vaak oppervlakkig en gaan bijvoorbeeld over het materiaal of wat men met het materiaal kan doen. Het is ook mogelijk dat de leerling vraagt wat de bedoeling is en wat er staat te gebeuren. Verwondering kan ook ontstaan uit herkenning van eerder onderzoek of uit verrassende uitkomsten en ervaringen in de loop van het onderzoeks- of ontwerpproces. Als de leerling vragen stelt kunnen die al onderzoekbaar zijn, maar meestal zijn ze het niet. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren VERWONDEREN: Wat zeggen of doen de leerlingen waaruit blijkt dat ze verwonderd zijn? Waaruit leid je af dat de leerlingen gemotiveerd zijn om na te denken over het verschijnsel, het probleem,? Wat zeggen of doen de leerlingen waaruit blijkt dat ze openstaan voor nieuwe situaties? kerncomponenten voorbeeld

15 10 kerncomponenten Vragen stellen en oriënteren Binnen deze component zijn de vragen die de leerling stelt meer onderzoeksgericht dan bij verwonderen. Via observatie, het beluisteren van anderen, stelt de leerling vragen als Hoe komt dat?, Wat kan ik doen om?, Soms worden gedachte-experimenten uitgevoerd: de leerling maakt vergelijkingen met eigen ervaringen en probeert verbanden te leggen. Hij verkent het probleem door bijvoorbeeld met het materiaal aan te rommelen, bijkomende vragen te stellen, De (oudere) leerling kan dan aangeven wat hij wil weten of wat zijn ontwerp moet kunnen vanuit specifieke of algemene verwachtingen: hij vermeldt wanneer hij tevreden is met zijn antwoord of aan welke eisen zijn ontwerp moet voldoen. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren VRAGEN STELLEN EN ORIËNTEREN: Welke onderzoeksgerichte vragen stellen de leerlingen? Waaruit leid je af dat de leerlingen een probleem herkennen dat kan onderzocht worden? Welke vragen stellen de leerlingen vanuit verwachtingen en/of verklaringen die ontstaan tijdens de activiteit? kerncomponenten voorbeeld

16 10 kerncomponenten Voorspellen Hier formuleert de leerling voorspellingen over het onderzoek. Hij verwoordt dus één of meerdere verwachte uitkomsten over wat er kan gebeuren. Deze voorspellingen kunnen deels gebaseerd zijn op eigen kennis en eerdere (wetenschappelijke) ervaringen of op wat men op dat moment waarneemt. Het benoemen van verschillende mogelijkheden kan ook gebeuren door dingen te proberen. Naast het formuleren van voorspellingen kunnen hypotheses of concrete verwachtingen bij de onderzoeksvraag worden geformuleerd. De leerling geeft dan mogelijke verklaringen vanuit voorkennis of uit eerder uitgevoerd onderzoek. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren VOORSPELLEN: Waaruit leid je af de leerlingen verwachtingen formuleren vanuit voorkennis? Op basis waarvan maken de leerlingen een voorspelling (verschillende bronnen, eerdere observaties, )? Welke verklaringen formuleren de leerlingen bij de onderzoeksvraag? kerncomponenten voorbeeld

17 10 kerncomponenten Plannen De afbakening van de onderzoeksvraag of probleemstelling is nu sterk. De leerling geeft aan wat de bedoeling is en probeert weer te geven welke stappen kunnen worden ondernomen om het doel te bereiken. Hij bedenkt wat hij moet doen, wat hij nodig heeft om de onderzoeksvraag te beantwoorden of om het ontwerp vorm te geven. Verschillende mogelijkheden worden afgewogen. De leerling is vindingrijk en kan hierbij gebruik maken van zijn verbeelding. Er wordt een oplossingsmethode geselecteerd bijvoorbeeld in de vorm van een ontwerpschets, een onderzoeksopstelling of opzoekwerk. De (oudere) leerling houdt rekening met eerlijk onderzoeken en kiest een realistische manier om te meten, om eerdere resultaten met elkaar te kunnen vergelijken, Het bedenken van de oplossingsmethode kan ook samengaan met het uitvoeren van het onderzoek of ontwerp. Het plannen kan betrekking hebben op het gehele onderzoeks- of ontwerpproces maar ook plannen over delen ervan is mogelijk. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren PLANNEN: Welke suggesties geven de leerlingen om een onderzoek/ontwerp uit te voeren? Waaruit leid je af dat de leerlingen een duidelijk idee hebben over hoe ze hun verwachtingen kunnen testen? Welke manier kiezen de leerlingen om te zoeken naar resultaten (meten, vergelijken, )? kerncomponenten voorbeeld

18 10 kerncomponenten Uitvoeren en verzamelen van gegevens De leerling voert het onderzoek of het ontwerp uit. Hier neemt de leerling tijd om gerichte observaties te doen volgens de gekozen oplossingsmethode. Hij houdt hierbij de vraag of het ontwerp vast in het geheugen en gaat doelgericht aan het werk. De observaties kunnen gaan van zintuiglijke waarnemingen tot het aflezen van specifieke meetinstrumenten. Mogelijk voert de leerling meerdere metingen uit om een meer betrouwbaar resultaat te kunnen bekomen. In het geval van het uitvoeren van een ontwerp test de leerling het resultaat (prototype) en neemt waar wat er gebeurt. De leerling kan de waarnemingen vastleggen door te schrijven, door te tekenen of op andere manieren. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren UITVOEREN: Waaraan merk je dat de leerlingen nauwkeurig waarnemen (oog voor details, gebruik van instrumenten, )? Hoe leggen de leerlingen de resultaten vast (tekeningen, tabellen, tekst, foto s, )? Welke stappen zetten de leerlingen om accurate resultaten te bekomen (rekening houden met controleren van variabelen, )? kerncomponenten voorbeeld

19 10 kerncomponenten Analyseren en interpreteren Waarnemingen worden beschreven, dit zijn de gegevens uit het proces. De leerling kan een overzicht maken van de gegevens, zodat deze georganiseerd en gestructureerd worden. Dit kan in tekeningen, grafieken, tabellen, Sommige leerlingen beschrijven louter hun waarnemingen, sommigen duiden op het voorkomen van patronen of sequenties. Op basis van de beschrijvingen worden eerste verbanden gelegd en verklaringen geformuleerd: de leerling interpreteert de gegevens. Hij maakt daarbij gebruik van eerdere ervaringen en kennis, bijvoorbeeld om te achterhalen waarom het uitgevoerde ontwerp niet goed werkt. Deze verklaringen kunnen juist, gedeeltelijk juist of fout zijn. Leerlingen kunnen analyses en interpretaties overnemen van anderen. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren ANALYSEREN EN INTERPRETEREN: Wat zeggen of doen de leerlingen om hun observaties te analyseren? Welke interpretaties maken de leerlingen? Waaruit leid je af dat de leerlingen bepaalde patronen, relaties of sequenties opmerken? kerncomponenten voorbeeld

20 10 kerncomponenten Conclusies en antwoorden formuleren Binnen deze component formuleert de leerling samenvattende conclusies. Hij geeft betekenis aan de resultaten van het onderzoek/ontwerp door ze te verbinden met de onderzoeksvraag of probleemstelling. De leerling bouwt een redenering op aan de hand van de resultaten door verbanden te leggen, vergelijkingen te maken met de opgestelde eisen voor het ontwerp, gelijkenissen en verschillen aan te geven met de uitkomsten van andere leerlingen, De leerling houdt zich daarbij aan de resultaten van het onderzoek of ontwerp. De resultaten worden geëvalueerd in het licht van de onderzoeksvraag of de probleemstelling: de leerling wijst op het belang van de resultaten, maar ook op eventuele beperkingen en verbeteringen, bijvoorbeeld om het ontwerp bij te sturen. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren CONCLUSIES FORMULEREN: Hoe beantwoorden de leerlingen de onderzoeksvraag of probleemstelling? Waaruit leid je af dat de leerlingen de resultaten in verband brengen met de onderzoeksvraag of probleemstelling? Waaraan merk je dat de leerlingen kritisch kijken naar de resultaten? kerncomponenten voorbeeld

21 10 kerncomponenten Reflecteren De leerling staat stil bij zijn denken en doen tijdens het onderzoek of ontwerpproces: hij vertelt hoe hij te werk gaat of is gegaan en legt uit waarom. De leerling realiseert zich dat zijn werkwijze betrouwbaar moet zijn. Hij stelt de aanpak van het onderzoek of ontwerp in vraag of hij kijkt kritisch terug op hoe de resultaten werden bekomen. Het is mogelijk dat de leerling verwoordt waarom zaken anders lopen of liepen dan verwacht. Hij wijst op beperkingen van de oplossingsmethode en stelt eventueel verbeteringen voor. De leerling kan ook de eigen mening in vraag stellen. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren REFLECTEREN: Waaraan merk je dat de leerlingen wat ze denken en doen in vraag stellen? Hoe blikken de leerlingen terug op de aanpak van het onderzoek en/of ontwerpproces? Waaruit leid je af dat de leerlingen de resultaten van het onderzoek en/of ontwerpproces kritisch bekijken? kerncomponenten voorbeeld

22 10 kerncomponenten Rapporteren en presenteren De leerling kiest een geschikte manier om de uitkomsten van het onderzoek of ontwerpproces uit te wisselen met anderen. Hij kan observaties, metingen samenvattend noteren of tekenen, of deze verbaal meedelen eventueel ondersteund door een demonstratie, tekeningen, grafieken of tabellen. De leerling verantwoordt ook de resultaten door aan anderen uit te leggen hoe de resultaten werden verkregen. Hij staat open voor reacties, aanvullingen en verbeteringen van anderen op zijn resultaten en op zijn aanpak. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren RAPPORTEREN EN PRESENTEREN: Hoe brengen de leerlingen verslag uit van het onderzoek en/of ontwerpproces? Waaraan merk je dat de leerlingen onderling communiceren over de aanpak van het onderzoek en/of ontwerpproces? Op welke manier leggen de leerlingen de resultaten van het onderzoek en/of ontwerpproces vast? kerncomponenten voorbeeld

23 10 kerncomponenten Ruimer kijken De leerling legt een verband met andere onderzoeksgebieden of verschijnselen in andere contexten. Ook is het mogelijk dat de leerling beseft dat meerdere verklaringen mogelijk zijn voor de onderzoeksresultaten: de resultaten worden benaderd vanuit verschillende invalshoeken, bijvoorbeeld Toen was het zo, en dat betekent voor nu dat. Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leerlingen onderzoekend leren RUIMER KIJKEN: Wat doen de leerlingen om hun opgedane kennis te verbreden? Waaraan merk je dat de leerlingen de transfer maken naar andere contexten? Waaruit leid je dat leerlingen inzien dat verklaringen kunnen veranderen door nieuw onderzoek? kerncomponenten voorbeeld

24 Betekenisvolle contexten Kernidee: Werken met contexten die de leerlingen aanzetten tot verwondering en greep willen krijgen op de wereld via onderzoeken en ontwerpen, en die zorgen voor een betekenisvolle inbedding van de leerinhouden. Extra duiding pijler Pijler in het filmpje? Richtvragen voor analyse Achtergrondinformatie

25 Betekenisvolle contexten BPXL ( ) Katrijn Duyck kernidee pijler Nog een voorbeeld

26 Betekenisvolle contexten Zorg voor een uitdagende leeromgeving die leidt tot verwondering en zo tot een hoge betrokkenheid bij de leerlingen. Breng hiervoor authentiek (echt) materiaal mee naar de klas, trek erop uit of vertrek vanuit een verhaal, een herkenbare gebeurtenis, de actualiteit, een verwonderingsproef (zie bv. dagelijkse inname voor de praktijk - raket/parachute op Door de verwondering en nieuwsgierigheid van de leerlingen te prikkelen ontstaat bij hen een verlangen naar greep krijgen op de wereld. Hun onderzoekende houding wordt gestimuleerd: ze stellen de wereld om hen heen in vraag, denken erover na, willen deze onderzoeken,... Laat de leerlingen hun verwondering uitspreken zodat ze zich hiervan bewust zijn/worden. Verwondering is echter niet het begin- én eindpunt bij onderzoekend leren. Verwondering leeft doorheen het volledige onderzoek- en ontwerpproces en het maakt de leerlingen ontvankelijk om ook andere STEM-leerdoelen te bereiken, zoals wetenschappelijke concepten en onderzoeks- en ontwerpvaardigheden. Als leraar is het belangrijk om binnen contexten de STEM-leerinhouden, o.a. concepten, te herkennen en bloot te leggen. Zo maken de leerlingen kennis met de abstracte leerinhouden via concrete, betekenisvolle leeromgevingen. Zorg doorheen een activiteit dat de leerlingen in aanraking komen met meerdere, andere contexten m.b.t. dezelfde leerinhouden (= transfer). kernidee pijler Contextconcept benadering? (Van Houte, et al., 2013) en (Velthorst, Oosterheert, & Brouwer, 2011)

27 Betekenisvolle contexten Context-concept benadering? De context is de totale omgeving waarin iets zijn betekenis krijgt. Binnen een context zijn verschillende leerinhouden, o.a. concepten, te onderscheiden die aan bod kunnen komen. Concepten zijn abstracte begrippen en inzichten. In het voorbeeld komt het wetenschappelijke concept van drijven/zinken aan bod als leerinhoud, vanuit een prentenboek waarin een probleem zich stelt (= context). Leerlingen bezitten over zo n concepten vaak al enige kennis. Het kan gaan om foutieve voorkennis, zgn. misconcepties. Deze kunnen hardnekkig zijn. Het is belangrijk om als leraar te zorgen voor confrontatie tussen oude en nieuwe kennis, zodat leerlingen tot juiste inzichten kunnen komen (= conceptual change). Prenten uit: Schröder, R., Busser, M., & Kool, G. (1998). Het balletje van de familie Muis. Tilburg: Zwijsen. achtergrondinformatie (Van Houte, et al., 2013) en (Van de Keere, & Vervaet, 2013)

28 Betekenisvolle contexten Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leraar onderzoekend leren in de klas brengt : Hoe zorgt de leraar ervoor dat de leerinhoud geen losstaand, contextvrij feit is? Op welke manier besteedt de leraar aandacht aan de leef- en belevingswereld van de leerlingen? Welke concepten brengt de leraar aan binnen de context(en)? Hoe stimuleert de leraar conceptuele verandering bij de leerlingen? kernidee pijler

29 Betekenisvolle contexten Hoe zorgt de leraar ervoor dat de leerinhoud betekenisvol is voor de leerlingen? schetsen van een context (zaadjes/plantjes water geven), wat leidt tot: - opwekking van verwondering / engagement - concrete inbedding van zowel kennis als vaardigheden de context leeft doorheen de activiteit sfeerschepping Welke leerinhouden kan de leraar verwachten binnen de context? kernidee pijler Kennis, zoals wetenschappelijke concepten (debiet), wiskundige inhouden (groot, klein, veel, ) Vaardigheden, zoals analyseren van gegevens, zich oriënteren op een probleemstelling,... Houdingen, zoals doorzetten, creatief zijn,

30 Denk- en doevragen Kernidee: Stellen van vragen die leerlingen aanzetten om aan te geven wat er onderzocht/ontworpen moet worden, en een geschikte oplossingsmethode te kiezen en deze toe te passen i.f.v. de probleemstelling. Achtergrondinformatie Pijler in het filmpje? Richtvragen voor analyse Extra duiding pijler

31 Denk- en doevragen Vragen sturen het onderzoeksproces! Waarom-vragen zijn geen goede onderzoekbare vragen. Geen omschrijving van variabelen, ze vragen om informatie of verklaringen. Bv. Waarom zien we een schaduw? Bv. Waarom zit er gist in brood? Ja/neen-vragen zijn evenmin goede onderzoekbare vragen. Wat als -vragen zijn daarentegen wel goede onderzoekbare vragen. Ze zetten aan tot actie. Bv. Wat gebeurt er als we verder van de lichtbron gaan staan? Bv. Wat gebeurt er als we geen gist toevoegen aan brood? dit heeft een invloed op het plannen van de kinderen variatie van onafhankelijke variabele! (zie systematisch onderzoeken) Hoe-vragen zetten aan tot actie die zowel denken als doen impliceert. Bv. Hoe kunnen we ervoor zorgen dat de schaduw groter wordt? Bv. Hoe kan je de knikker in het blauwe vakje laten terecht komen? kernidee pijler Meer duiding (Delanghe & Van Houte, 2014) en (Van de Keere & Vervaet, 2013)

32 Denk- en doevragen Principes vanuit human-centered design : Snel vanuit een idee tot een prototype komen, en daarna vanuit dat prototype het idee bijstellen en afstemmen op de gebruiker. De probleemstelling wordt dus steeds concreter door het steeds weer optimaliseren van het ontwerp (iteratief proces). (= engineering) Vanuit actie wordt de cognitieve ontwikkeling gestimuleerd. Tekening van oplossing, bv. ontwerp kernidee pijler Meer duiding BPXL ( ) Valerie Devlamynck

33 Denk- en doevragen Vanuit exploratie (materiaal!) naar probleemstelling Aanpak bij jonge kleuters! Basisschool De Pannebeke BPXL ( ) Tina Dezwarte, kernidee pijler Valérie Devlaminck, Katrijn Duyck

34 Systematisch onderzoeken Activiteit lager onderwijs kernidee pijler

35 Denk- en doevragen Kies vanuit een betekenisvolle context voor een herkenbare, concrete probleemstelling die leerlingen aanzet tot het zoeken naar oplossingen en antwoorden. Door de formulering van onderzoeksgerichte vragen, al dan niet door de leerlingen zelf, wordt de aandacht van de leerlingen gericht op de probleemstelling, bv. Hoe kunnen we die schommel sneller laten schommelen?, Hoe kunnen we het ei beschermen zodat het niet breekt als het valt? Zo worden de leerlingen uitgedaagd tot onderzoeken en ontwerpen in functie van de probleemstelling. Stimuleer de leerlingen doorheen het onderzoeks- en ontwerpproces tot actief denken en doen. Dit gebeurt niet aan de hand van een voorgekauwd stappenplan! Hanteer een begeleidende vraagstelling die ruimte laat voor initiatief en een creatieve houding van de leerlingen: Grijp niet onmiddellijk in, maar geef de leerlingen voldoende tijd en ruimte. Stimuleer hen door middel van open vraagstelling tot het gebruiken van hun voorkennis. Luister naar hen, en weeg voortdurend af wat je kan vertellen en wat de leerlingen zelf moeten ontdekken. Stel als ondersteuning denk- en doevragen die hen aanzetten tot: nadenken over mogelijke antwoorden en manieren om tot een oplossing te komen: bv. Hoe kunnen we de vraag oplossen?, Wat zal er gebeuren?, Hoe ziet een tekening van jullie idee eruit? handelen én nadenken over hun aanpak en bevindingen: Wat doen jullie?, Waarom doen jullie dit zo?, kernidee pijler Wat gebeurt er?, Hoe komt dit?, Op welke manier kunnen jullie dit nog oplossen? (Van de Keere, & Vervaet, 2013) en (Velthorst, Oosterheert, & Brouwer, 2011)

36 Denk- en doevragen Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leraar onderzoekend leren in de klas brengt : Op welke manier daagt de leraar de leerlingen uit om te onderzoeken/ontwerpen? Hoe stimuleert de leraar de leerlingen om te denken en doen als nieuwsgierige en creatieve onderzoekers? Op welke manier stimuleert de leraar de leerlingen om te redeneren en/of fantaseren vanuit bij hen al bestaande kennis? Wat zegt of doet de leraar om het onderzoek/ ontwerpproces van de leerlingen te stimuleren? kernidee pijler

37 Denk- en doevragen Wat zegt of doet de leraar om het onderzoek/ontwerpproces van de leerlingen te stimuleren? mee ontwerper en onderzoeker zijn vragen stellen zodat de leerlingen: - zich richten op de probleemstelling - zoeken naar oplossingen en hierover nadenken - via ontwerptekening - via onderzoekje (bij onzekerheid) voortdurend afwegen wat geef ik prijs stappenplan Hoe stimuleert de leraar de leerlingen om te redeneren vanuit bij hen al bestaande kennis? kernidee pijler via ontwerptekening (kans tot ideeën weergeven) via inbouwen van een onderzoekje (kans tot voorspellen)

38 Systematisch onderzoeken Kernidee: Stimuleren van leerlingen tot systematisch te werk gaan bij het onderzoek/ontwerpproces met aandacht voor onder meer het analyseren, interpreteren en evalueren van verzamelde gegevens i.f.v. de probleemstelling. Achtergrondinformatie Richtvragen voor analyse Pijler in het filmpje?

39 Systematisch onderzoeken Begeleiding trial & error Keuze materiaal kernidee pijler

40 Systematisch onderzoeken Vanuit de probleemstelling, op basis van de gekozen oplossingsmethode, gaan de leerlingen aan de slag. Stimuleer hen tot: het verzamelen van gegevens via nauwkeurig waarnemen, meten, met behulp van een microscoop, meetinstrument,, op basis van een vragenlijst, vanuit het testen van een ontwerp, De gegevens kunnen vastgelegd worden via notities, tekeningen, het analyseren en interpreteren van de verzamelde gegevens via het beschrijven van de gegevens, het zoeken naar patronen, verklaringen, verbanden, door middel van het ordenen van de gegevens,... Het opstellen van tabellen, grafieken, schema s kan hierbij helpen. het evalueren van de verzamelde gegevens via het centraal stellen van de vraag: Is het mogelijk om een antwoord te formuleren voor de probleemstelling op basis van de bevindingen en de gevolgde aanpak? De kans is groot dat leerlingen hierbij niet systematisch te werk gaan. Spoor hen hiertoe aan via denk- en doevragen die hen doen stilstaan bij de aanpak van het onderzoek/ontwerp. Enkele aandachtspunten: waarnemen versus interpreteren: Wat zien jullie? wordt gevolgd door Wat betekent dit? ; terugkoppelen naar de gekozen oplossingsmethode, de gemaakte voorspellingen én de probleemstelling; beantwoorden van de probleemstelling en bijsturen van het ontwerp/onderzoek op basis van de bevindingen; bedenken en uitvoeren van een eerlijk onderzoek door één onderzoeksvariabele centraal te stellen. kernidee pijler Onderzoeksvariabele? (Boonstra, Gielen, & Joosten, 2012) en (Van de Keere & Vervaet, 2013)

41 Systematisch onderzoeken Wat is een onderzoeksvariabele? En eerlijk onderzoeken? Voorbeeld van onderzoeksvariabelen: Het drijven/zinken van een voorwerp (= afhankelijke variabele) is afhankelijk van/wordt beïnvloed door de hoeveelheid zout in water, de massadichtheid van een voorwerp (= onafhankelijke variabelen) Bij een eerlijk onderzoek mag men slechts 1 onafhankelijke variabele (in het voorbeeld de hoeveelheid zout) aanpassen en de rest moet men constant houden (in het voorbeeld bv. het type voedsel). Zo kan men het effect op de afhankelijke variabele observeren wanneer deze ene onafhankelijke variabele aangepast wordt. Indien meerdere variabelen aangepast zouden worden op hetzelfde moment kan men onmogelijk met zekerheid bepalen welke variabele nu eigenlijk de uitkomst van het onderzoek beïnvloedt. (= controleren van variabelen) Probleemstelling: Heeft de hoeveelheid zout in kraantjeswater een invloed op drijven en zinken? Hoeveelheid zout Eerlijk onderzoeken is voor leerlingen niet vanzelfsprekend, en vraagt de nodige ondersteuning van de leraar (zie bv. dagelijkse inname voor de praktijk - superbellen op Constante variabelen achtergrondinformatie (Van de Keere, & Vervaet, 2013)

42 Systematisch onderzoeken Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leraar onderzoekend leren in de klas brengt : Hoe stimuleert de leraar de leerlingen tot systematisch werken? Op welke manier zet de leraar de leerlingen aan tot het uitvoeren van een eerlijk experiment? Waaruit leid je af dat de leraar de leerlingen aanzet tot het nauwkeurig verzamelen van gegevens (bv. observaties, metingen, )? Wat doet of zegt de leraar opdat de leerlingen hun verzamelde gegevens analyseren en/of interpreteren? kernidee pijler

43 Systematisch onderzoeken Hoe zet de leraar de leerlingen aan tot verzamelen, analyseren, interpreteren en evalueren van gegevens? TESTEN Waaraan merk je dat de leraar de leerlingen aanzet tot systematisch onderzoeken? Optimaliseren (iteratief proces): ANALYSEREN VAN RESULTATEN ZOEKEN NAAR VERKLARINGEN OPTIMALISEREN - gericht op probleemstelling - vanuit observaties en verklaringen ( trial-and-error) - richten op 1 aspect (eerlijk onderzoeken) kernidee pijler Pitching?

44 Reflectie en interactie Kernidee: Aanzetten van leerlingen tot dialoog over hun ideeën, verwachtingen, bevindingen, en reflectie over wat ze doen en denken voor, tijdens en na het onderzoek/ontwerpproces. Pijler in het filmpje? Extra duiding pijler Richtvragen voor analyse Achtergrondinformatie

45 Reflectie en interactie Een kleuter tekent zichzelf, de lamp en het doek die gebruikt zijn tijdens het onderzoek. Karel de koe - Hoe? Keesje de kat - Wat? Bachelorproef ( ) Ginendel Lebron en Rachel Klein BPXL ( ) Katrijn Duyck kernidee pijler

46 Reflectie en interactie Streef naar betrokkenheid van alle leerlingen door in interactie te treden met hen. Zet hen ook aan tot samenwerken en stimuleer daarbij overleg tussen de leerlingen. Dialoog mag zich niet beperken tot een laatste stap: geef de leerlingen de kans om hun ideeën, bevindingen en ervaringen te uiten en te delen voor, tijdens en na het onderzoeks- en ontwerpproces. Stel hiervoor begeleidende vragen die hen aanzetten tot verwoorden en argumenteren, bv. Wat denken jullie?, Waarom denken jullie dat?, Wat denken de anderen?, Wat doen jullie?, Waarom doen jullie dit?, Wat zien jullie?, Wat weten we nu allemaal?, Hoe weten we dit?, De leerlingen worden zo gestimuleerd om de eigen voorkennis uit te drukken. Dit gebeurt in relatie tot de ideeën van anderen en de bevindingen vanuit het onderzoek/ontwerp, waardoor leerlingen de eigen mening in vraag kunnen stellen. Ze worden ook aangespoord om de aanpak van het onderzoek/ontwerp te verwoorden en in vraag te stellen. (= reflectie) Dit vereist een kritische, open houding van de leerlingen. Stel bv. dat het onderzoek/ontwerp andere resultaten oplevert dan men had verwacht of stel dat andere leerlingen een andere mening hebben, wat betekent dit dan voor een leerling? Stel voortdurend vragen om te peilen naar wat de leerlingen denken en doen, en of ze dit begrijpen. Deze reflectie kan op het moment zelf en ook via een terugblik. Vanuit de gedeelde ideeën, bevindingen en ervaringen kan dan samen gebouwd worden aan het onderzoeks- en ontwerpproces én de STEM-leerinhouden. kernidee pijler (Boonstra, Gielen, & Joosten, 2012) en (Van de Keere & Vervaet, 2013)

47 Reflectie en interactie Enkele richtvragen voor analyse van hoe de leraar onderzoekend leren in de klas brengt : Hoe stimuleert de leraar de leerlingen om als kritische onderzoekers na te denken over hun handelen? Waaraan merk je dat de leraar bij de leerlingen uitspraken wil ontlokken? Op welke manier zorgt de leraar voor het samen opbouwen van kennis? Wat zegt of doet de leraar opdat de leerlingen nadenken over hun gedachteproces? kernidee pijler

48 Reflectie en interactie Wat zegt of doet de leraar opdat de leerlingen kritisch stilstaan bij hun denken en handelen? niet te snel corrigeren aanzetten tot verwoorden - vaststellingen / verwachtingen / verklaringen - verschillende standpunten komen aan bod (inhoudelijke discussie) Wat onderneemt de leraar om de leerlingen te laten nadenken over het onderzoek/ontwerpproces? kernidee pijler

49 Onderzoekend leren en STEM-onderwijs: bronnen Ardui J., Cornelissen G., Decuypere M., De Meyere J., Frans R., Geerinck I., Masschelein J., Simons M., Verellen M. (2012). De liefde voor het vak: op zoek naar een pedagogiek van meesterschap. Impuls voor Onderwijsbegeleiding, 42(4), Boonstra, M., Gielen, M., & Joosten, F. (2012). Vaardigheden lijst onderzoeken en ontwerpen. Handleiding. Rotterdam: CED-Groep. Delanghe, J., Van Houte, H. (2014). IJsballonnen. CoP STEM voor de BASIS, Gent, 10 september. De Groof, J., Donche, V., & Van Petegem, P. (2012). Onderzoekend leren stimuleren: effecten, maatregelen en principes. Leuven: Acco. Merckx, B. (2014). Engineering. Kick-off STEM voor de BASIS, Gent, 27 mei. Van de Keere, K., & Vervaet, S. (2013). Leren is onderzoeken. Aan de slag met wetenschap in de klas. Leuven: LannooCampus. Van Houte, H., Merckx, B., De Lange, J., De Bruycker, M. (2013) Zin in wetenschappen, wiskunde en techniek: leerlingen motiveren voor STEM. Leuven: Acco. Velthorst, G., Oosterheert, I., & Brouwer, N. (2011). Onderzoekend leren: de nieuwsgierigheid voorbij. Tijdschrift voor Lerarenopleiders (VELON/VELOV), 32 (3),

50 E.T. natuur en techniek Kinderen kunnen onder begeleiding natuurkundige verschijnselen onderzoeken en hun zelf geformuleerde voorspellingen toetsten. Kinderen kunnen in gebruiksvoorwerpen de toepassing herkennen van natuurkundige principes. Terug Kinderen kunnen een verband leggen tussen de eigenschappen van een aantal materialen en het gebruik dat ervan gemaakt wordt.

51 Betekenisvolle contexten kernidee pijler Nog een voorbeeld

52 Betekenisvolle contexten BPXL ( ) Katrijn Duyck 4m kernidee pijler

53 Tijdens de nabespreking van de activiteit wordt samen met de kinderen het proces van ontwerpen en onderzoeken gereconstrueerd. Op die manier wordt gewerkt aan het inzicht krijgen in de processen van wetenschap en techniek. kernidee pijler

54 = INTEGRATIE ONTWERP BEDENKEN Probleem, Behoefte BIJSTUREN WETENSCHAP ONDERZOEKEN = Verbinden aan theorieën / concepten ZOEKEN VAN VERKLARINGEN TECHNIEK ONTWERPEN ONTWERP MAKEN GEBRUIKEN / TESTEN Grondstoffen, (materialen) producten Hulpmiddelen (gereedschap, machines) Productieproces Aanpak pijler ANALYSEREN VAN RESULTATEN In gebruik nemen

55 Ieder groepje krijgt een overzicht van de uitdaging: voorwaarden, materiaal en een leidraad op basis van onderstaande staakwoorden met bijhorende vraagstelling. Terug kernidee pijler Staakwoord HET PROBLEEM ONTWERP BEDENKEN GRONDSTOFFEN HULPMIDDELEN ONTWERP MAKEN GEBRUIKEN/TESTEN ANALYSEREN VERKLARINGEN ZOEKEN BIJSTUREN Wat is het probleem? Vraagstelling We bedenken een ontwerp. Hoe kunnen we het probleem oplossen? Aan welke voorwaarden moet ons ontwerp voldoen? Welke grondstoffen (materialen) hebben we nodig om ons ontwerp te maken? Welke hulpmiddelen (gereedschap) hebben we nodig om ons ontwerp te maken? We maken het ontwerp. Hoe doen we dat? We nemen het ontwerp in gebruik en testen het uit. Hoe doen we dat? We analyseren de resultaten uit de test. Is het probleem opgelost? Voldoet het ontwerp aan de voorwaarden? We zoeken verklaringen. Waarom werkt het ontwerp niet goed? Hoe kunnen we dit verklaren? We sturen het ontwerp bij. Hoe kan het ontwerp beter? Wat gaan we anders doen? Ontwerp tekenen + kringgesprek Ideeën delen!

56 Systematisch onderzoeken Vanuit een brede context komen tot een concrete probleemstelling: Principes vanuit human-centered design : Snel vanuit een idee tot een prototype komen, en daarna vanuit dat prototype het idee bijstellen en afstemmen op de gebruiker. De probleemstelling wordt dus steeds concreter door het steeds weer optimaliseren van het ontwerp (iteratief proces). (= engineering) Vanuit actie wordt de cognitieve ontwikkeling gestimuleerd. kernidee pijler

57 overzicht STEM