Voorwoord. Vakdidactisch onderzoek Bij een deel van wat vakdidactisch onderzoek wordt genoemd, gaat het om het

Transcriptie

1 Voorwoord Het Handboek natuurkundedidactiek is bedoeld voor gebruik bij het onderdeel vakdidactiek in de eerste- en tweedegraads lerarenopleiding als kennisbasis voor (aanstaande) natuurkundeleraren in de onder- en bovenbouw van het voortgezet onderwijs. Het biedt daarnaast ondersteuning aan de natuurkundeleraar die actief aan de slag wil met het verder ontwikkelen van het eigen onderwijs. Het karakter, de inhoud en de opzet van dit handboek is vastgesteld door de redacteuren, in samenspraak met andere vakdidactici en lerarenopleiders natuurkunde. De teksten schrijven niet voor wat de leraar zou moeten doen en hoe dan, maar geven op praktijkervaringen gebaseerde en/of wetenschappelijk onderbouwde informatie, geïllustreerd met inspirerende voorbeelden om de vakdidactische bekwaamheid verder te ontwikkelen. De bijdragen in dit handboek zijn afkomstig van een groot aantal Nederlandse vakdidactici en lerarenopleiders, maar ook leerplanontwikkelaars en vakdidactisch onderzoekers (al dan niet in een combinatie van rollen). Wij hopen dan ook dat dit handboek daardoor een voldoende kennisbasis biedt voor (aanstaande) natuurkundeleraren. Via de website is een verdere verbreding, verdieping en onderbouwing mogelijk door het raadplegen van lesmateriaalvoorbeelden, websites en oorspronkelijk bronnenmateriaal. Diezelfde website geeft ook ondersteuning voor lerarenopleiders bij het gebruik van dit handboek in de vorm van mogelijke en naar eigen inzicht aanpasbare cursusactiviteiten. Hieronder geven we eerst een beeld van wat we verstaan onder vakdidactiek en vakdidactisch onderzoek, gevolgd door een leeswijzer bij dit handboek. Vakdidactiek Onderwijsvernieuwingen voltrekken zich tegenwoordig in een razend tempo. Ook in het natuurkundeonderwijs. De ene vernieuwing is nog niet geïmplementeerd of hij wordt alweer aangevuld of vervangen door een volgende. Steeds lijkt het te gaan om noodzakelijke, welluidend beargumenteerde, verbeteringen van een kennelijk ongewenste traditionele situatie. Daarbij kan het gaan over scientific literacy (waaronder de inhoud en positie van ANW: het vak Algemene Natuurwetenschappen), de concept-contextbenadering (in de nieuwe examenprogramma s voor biologie, natuurkunde en scheikunde) en interdisciplinariteit (waaronder de inhoud van NLT: het vak Natuur, Leven en Technologie). Dergelijke discussies vormen een eerste onderdeel van de vakdidactiek : het curriculumniveau. Over de vakken die worden gegeven en de (globale) inhoud daarvan beslist de landelijke overheid, over de uitwerking daarvan tot lesmethodes beslissen de educatieve uitgeverijen. Op dit niveau heb je dus als individuele leraar, opleider of auteur weinig tot niets te zeggen, behalve het uitoefenen van invloed op dit soort beslissingen via de beroepsvereniging NVON, het deelnemen aan de betreffende discussies en het waar mogelijk implementeren van de beoogde onderwijsvernieuwingen in je eigen lessen (en mogelijk daarover rapporteren in vakbladen zoals NVOX). Een tweede, op dat laatste aansluitend en minstens zo belangrijk onderdeel van de vakdidactiek is die van de lespraktijk: het op grond van een heldere, expliciete onderwijsvisie ontwerpen, uitvoeren en evalueren (en op grond daarvan bijstellen) van vakspecifieke onderwijsleerprocessen in een diversiteit aan leerstofdomeinen binnen het vakgebied, zoals mechanica, elektriciteit en magnetisme, optica, trillingen en golven, astrofysica, deeltjesfysica, quantummechanica en relativiteitstheorie al dan niet aan de hand van de door de vaksectie op school gekozen lesmethode. Daar heb je wel invloed: hoe introduceer je een lessenserie, wat zijn de leerdoelen, welke structuur hebben de lessen, welke al dan niet activerende werkvormen gebruik je, welke rol speelt ICT daarin, hoe zorg je voor de gewenste begripsontwikkeling bij leerlingen gegeven hun initiële denkbeelden of preconcepties en de vakstructuur, hoe ga je (formatief en summatief) na in hoeverre de leerdoelen zijn bereikt en hoe past de lessenserie in de al dan niet samen met collega s van de andere natuurwetenschappelijke vakken vastgestelde leerlijnen voor algemene vaardigheden als probleemoplossen, onderzoeken, ontwerpen en modelleren? Dat is dus de vakdidactiek op lespraktijkniveau, waarover het verder in dit boek na het eerste hoofdstuk vooral zal gaan. Vakdidactisch onderzoek Bij een deel van wat vakdidactisch onderzoek wordt genoemd, gaat het om het

2 hierboven genoemde curriculumniveau, hoewel een antwoord op de vraag wat waarom te onderwijzen en leren meer een zaak is van persoonlijke voorkeuren, de tijdgeest, waardenposities van en onderhandelingen tussen de bij vakvernieuwingen betrokken actoren dan van vakdidactisch onderzoek. Dergelijk onderzoek kan daar wel aan bijdragen. Op het lespraktijkniveau ligt dit anders. Vakdidactisch onderzoek in de vorm van (kleinschalig) ontwikkelingsonderzoek of (grootschalig) evaluatieonderzoek kan zich richten op het optimaliseren van onderwijsleerprocessen wat betreft begrips- en vaardigheidsontwikkeling bij leerlingen (na het eerder onderzoeksmatig in kaart brengen van domeinspecifieke leerlingdenkbeelden of preconcepties en/of de beginsituatie van leerlingen wat betreft vakspecifieke vaardigheden als probleemoplossen, onderzoeken, ontwerpen en modelleren), en op de effectiviteit van (niet altijd vakspecifieke, maar altijd wel vakspecifiek ingerichte) activerende werkvormen, demonstratie-experimenten, practica, computersimulaties, YouTube-films, concept-contextbenaderingen, onderzoekend leren, probleemstellend leren enzovoort. Bij dit soort vakdidactisch onderzoek gaat het dus om het zoeken naar evidence-based antwoorden op de vraag waarom hoe te onderwijzen en leren. En hoewel de resultaten van dat soort onderzoek lang niet altijd even eenduidig zijn en lang niet altijd op de specifieke doelgroep van jouw onderwijs betrekking hebben, toch kunnen ze helpen bij het eerder genoemde zelf ontwerpen, uitvoeren en evalueren (en op grond daarvan bijstellen) van vakspecifieke onderwijsleerprocessen als vakdidactische activiteit. Naast het verstandig gebruik maken van de resultaten van door anderen uitgevoerd vakdidactisch onderzoek en de bijbehorende aanbevelingen voor de lespraktijk die in dit boek aan de orde komen, kun je natuurlijk ook zelf vakdidactisch onderzoek doen in de vorm van actie- en ontwikkelingsonderzoek. Leeswijzer Het eerste hoofdstuk geeft een inleiding op het karakter van het vak natuurkunde: de mogelijke combinaties van curriculumaccenten en onderwijsdoelen die bepalend zijn voor het beeld van het vak dat we aan leerlingen overbrengen. De hoofdstukken 2, 3 en 4 geven zicht op de theorie en praktijk van domeinspecifieke les- en leerstofopbouw en van begripsontwikkeling bij leerlingen, met de verschillende mogelijke vakdidactische benaderingen bij het vormgeven van de lespraktijk. In vervolg daarop geeft hoofdstuk 5 zicht op de theorie en praktijk van vaardigheidsontwikkeling bij leerlingen door het schetsen van globale leerlijnen voor probleemoplossen, onderzoeken, ontwerpen, modelleren en oordeelsen besluitvorming. In hoofdstuk 6 komt dan de samenhang met andere natuurwetenschappelijke vakken en onderwijsvormen aan bod. In het laatste hoofdstuk staat het verder verbeteren van het eigen onderwijs door middel van professionalisering en lesmateriaalontwikkeling, al dan niet in combinatie met actie- en ontwikkelingsonderzoek, centraal. Met deze inhoud zou dit handboek naar ons idee een redelijk compleet beeld van de theorie en praktijk van de natuurkundedidactiek schetsen. Maar dat betekent zeker niet dat er geen sprake zou zijn van een mogelijke verbreding, verdieping en verdere onderbouwing. En anderzijds betekent dit ook niet dat alles wat in dit handboek staat in de opleiding aan de orde zou moeten komen of direct in de lespraktijk zichtbaar zou moeten zijn. Daarvoor is in de opleiding vaak onvoldoende tijd, en zelfs als dat niet het geval zou zijn zou er toch sprake kunnen zijn van een dreigende overbelasting bij de voorbereiding op de lespraktijk. Een deel van dit handboek is daardoor mogelijk meer geschikt om in een later stadium op terug te grijpen na het opbouwen van voldoende ervaring met het ontwerpen, uitvoeren en evalueren (en op grond daarvan bijstellen) van standaardlessen. Dankwoord De redactie wil hierbij haar dank uitspreken aan Gerben Bakker, Hans van Bemmel, Ed van den Berg, Dave van Breukelen, Onne van Buuren, Peter Dekkers, Gerald van Dijk, Harrie Eijkelhof, Kees Klaassen, Martijn Koops, Anne Land- Zandstra, Erik Meij, Jos Paus, Henk Pol, Freek Pols, Lesley de Putter, Elise Quant, Jan van Riswick, Onne Slooten, Marieke Snelder, Wim Sonneveld, Wouter Spaan, Ton van der Valk, Jan van der Veen, Mirjam Venneker, Kars Verbeek, Paul Verhagen, Marjolein Vollebregt en Loran de Vries voor het leveren van een bijdrage aan dit handboek, en aan Paul Doorschot, Rupert Genseberger, Jeroen Grijsen, Hanno van Keulen, Berenice Michels, Aartjan van Pelt, Maarten Pieters, Pieter Smeets en Jos Smits voor het leveren van commentaar op een deel van

3 deze bijdragen. Utrecht, januari 2017 Koos Kortland, Ad Mooldijk & Hans Poorthuis

4 Inhoud Voorwoord 1 Natuurkunde 1.1 Inleiding 1.2 Aard van natuurwetenschap 1.3 Curriculumaccenten en onderwijsdoelen 1.4 Afsluiting 2 Les- en leerstofopbouw 2.1 Inleiding 2.2 Curriculum 2.3 Lessenseries 2.4 Cursorische lessen 1 Introductieles 2 Theorieles 3 Practicumles 4 Afsluitingsles 2.5 Projectmatige lessen 2.6 Leerstofopbouw 2.7 Didactische benaderingen 1 Leren in context 2 Onderzoekend leren 3 Probleemstellend leren 4 Differentiatie 5 Taalgericht vakonderwijs 6 Flipping the classroom 7 Activerende werkvormen 8 Demonstraties en simulaties 9 Practica 10 Gamifcation 11 Serious games 2.8 Leerdoelen en toetsen 2.9 Afsluiting 3 Begripsontwikkeling 3.1 Inleiding 3.2 Leerlingdenkbeelden 3.3 Leerlingdenkbeelden: het interpretatieprobleem 3.4 Concepten, conceptual change en transfer 3.5 Didactische benaderingen 1 Formatieve toetsing en feedback 2 Drieluiken 3 Concept maps 3.6 Domeinspecifieke begripsontwikkeling 1 Mechanica 2 Deeltjesmodel 3.7 Afsluiting 4 Leerstofdomeinen 4.1 Inleiding 4.2 Domeinspecifieke leerstofopbouw 1 Mechanica 2 Energie 3 Trillingen en golven 4 Elektriciteit en magnetisme 5 Technische automatisering 6 Radioactiviteit 7 Deeltjesfysica 8 Astrofysica 9 Geofysica 10 Biofysica 11 Quantumwereld 12 Relativiteitstheorie 4.3 Afsluiting

5 5 Vaardigheidsontwikkeling 5.1 Inleiding 5.2 Probleemoplossen 5.3 Onderzoeken 5.4 Ontwerpen 5.5 Modelleren 5.6 Oordeels- en besluitvorming 5.7 Afsluiting 6 Samenhang 6.1 Inleiding 6.2 Wiskunde, scheikunde, biologie en techniek 6.3 NLT, O&O en ANW 6.4 Basisonderwijs 6.5 HBO en WO 6.6 Informele wetenschapseducatie 6.7 Afsluiting 7 Ontwikkeling en samenwerking 7.1 Inleiding 7.2 Methodekeuze 7.3 Professionalisering 7.4 Vakdidactisch ontwerpen 7.5 Vakdidactisch onderzoeken 7.6 Afsluiting Auteurs Literatuur Index