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 Doel van STEM-geletterdheid: weloverwogen beslissingen nemen om problemen op te lossen en/of nieuwe producten/processen te creëren.

4 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) 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)

5 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. Hoe zorgt de leraar ervoor dat de leerinhoud betekenisvol is voor de leerlingen? Welke leerinhouden kan de leraar verwachten binnen de context?

6 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). (Van Houte, et al., 2013) en (Velthorst, Oosterheert, & Brouwer, 2011)

7 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. (Van Houte, et al., 2013) en (Van de Keere, & Vervaet, 2013)

8 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. Wat zegt of doet de leraar om het onderzoek/ontwerpproces van de leerlingen te stimuleren? Hoe stimuleert de leraar de leerlingen om te redeneren vanuit bij hen al bestaande kennis?

9 Denk- en doevragen Vragen sturen het onderzoeksproces!! Waarom-vragen zijn geen goede onderzoekbare vragen. Geen omschrijving van variabelen, ze vragen om informatie of verklaringen. Waarom zit er gist in brood? Ja/neen vragen zijn evenmin goede onderzoekbare vragen Vanuit exploratie (materiaal!) naar probleemstelling Intentioneel Aanpak bij jonge kleuters! Wat als zijn daarentegen wel goede onderzoekbare vragen. Ze zetten aan tot actie. Wat gebeurt er als we geen gist toevoegen aan brood? Welke invloed heeft de gist op brood? dit heeft een invloed op het plannen van de kinderen variatie van onafhankelijke variabele! Hoe-vragen zetten aan tot actie die zowel denken als doen impliceert. Hoe kan je de knikker in het blauwe vakje laten terecht komen?

10 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?, Wat gebeurt er?, Hoe komt dit?, Op welke manier kunnen jullie dit nog oplossen? (Van de Keere, & Vervaet, 2013) en (Velthorst, Oosterheert, & Brouwer, 2011)

11 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. Hoe zet de leraar de leerlingen aan tot verzamelen, analyseren, interpreteren en evalueren van gegevens? Waaraan merk je dat de leraar de leerlingen aanzet tot systematisch onderzoeken?

12 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. (Boonstra, Gielen, & Joosten, 2012) en (Van de Keere & Vervaet, 2013)

13 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 (Van de Keere, & Vervaet, 2013)

14 Ieder groepje krijgt een overzicht van de uitdaging: voorwaarden, materiaal en een leidraad op basis van onderstaande staakwoorden met bijhorende vraagstelling. 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!

15 = 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 ANALYSEREN VAN RESULTATEN In gebruik nemen

16 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. Wat zegt of doet de leraar opdat de leerlingen kritisch stilstaan bij hun denken en handelen? Wat onderneemt de leraar om de leerlingen te laten nadenken over het onderzoek/ontwerpproces?

17 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. (Boonstra, Gielen, & Joosten, 2012) en (Van de Keere & Vervaet, 2013)