Kwaliteitsvolle VAKDIDACTIEK NATUURWETENSCHAPPEN in de lerarenopleiding secundair onderwijs

Transcriptie

1 School of Education SoE 2011/20 Studiedag SoE, 4 oktober 2013, Mechelen Kwaliteitsvolle VAKDIDACTIEK NATUURWETENSCHAPPEN in de lerarenopleiding secundair onderwijs Katholieke Hogeschool Limburg Renaat Frans promotor en vakdidacticus fysica Filip Poncelet vakdidacticus chemie Laura Tamassia vakdidacticus fysica Katholieke Hogeschool Leuven Els De Smet Linda Clijmans vakdidactici biologie Katholieke Hogeschool Kempen Katrien Vyvey vakdidacticus fysica

2 Natuurwetenschappelijke vragen stellen? Laat je inspireren door deze foto! Stel een natuurwetenschappelijke vraag! Noteer de vraag samen met uw achtergrond: fysica, chemie, biologie,...

3 Probleemstelling onderzoeksproject NW in SO met leerlijn wetenschap voor burger van morgen. Fysica, biologie, chemie in SO met leerlijn wetenschap voor wetenschapper en technicus van morgen Leerkrachten NW: clustering van fysica, chemie en biologie, maar slechts opgeleid in 1 of 2 wetenschapsvakken Weinig vakdidactische traditie voor NW (wel traditie voor vakken apart fysica, chemie en biologie). Niet vanzelfsprekend! om natuurwetenschappen te geven om toekomstige leerkrachten op te leiden voor NW

4 NW vs. FY/CHE/BIO

5 Centrale vragen in de inspiratiegids Kunnen we een aantal kenmerken uitwerken van een goede vakdidactiek NW? kwaliteitskenmerken in praktijkvoorbeelden uitwerken? een goede vakdidactiek vorm geven in de geïntegreerde lerarenopleiding?

6 Eindresultaten onderzoeksproject Inspiratiegids bruikbaar in de lerarenopleiding voor vakdidactiek natuurwetenschappen, met praktijkoefeningen Case CO 2 en klimaat Exemplarische toepassing vakdidactiek natuurwetenschappen op een hedendaags thema Nascholing CO 2 waar vakdidactische resultaten en praktijkmateriaal gepresenteerd werden aan leerkrachten SO in samenwerking met studenten lerarenopleiding

7 Inspiratiegids: concept van de cover Inzichten vanuit fysica, chemie, biologie maar ook de synthese ervan zijn nodig in natuurwetenschappen om de natuur volledig te begrijpen Interdisciplinaire aanpak in natuurwetenschappen

8 Het belang van de verwondering in NW Wie kent geen verwondering bij het bekijken van de sterrenhemel of het zien van de rijkdom in de natuur? Jongeren vandaag: leven eerder ver van de natuur zien de verschijnselen van de natuur niet in de technologie Minder fascinatie voor de natuur en het begrijpen ervan Belangrijke taak van het vak NW: interesse van de jeugd voor de levende en niet-levende natuur opwekken.

9 Rol van illustraties in de gids meer dan illustraties! inspirereren tot verwondering reflecteren over eigen kijk naar de natuur Fysicus, chemicus en bioloog zien iets anders in hetzelfde beeld. Ze kijken met een andere bril. Voorbeeld: olievlek Vak natuurwetenschappen: op verschillende manieren naar de natuur leren kijken

10 Structuur inspiratiegids Gebaseerd op resultaten SoE Kernproject Vakdidactiek Vak3dactisch model 8 kwaliteitsindicatoren worden uitgewerkt met voorbeelden voor het vak natuurwetenschappen Filosofisch kader: school als vrije plaats. Gebaseerd op resultaten van: SoE project Liefde voor het Vak

11 Inhoud inspiratiegids

12 A. Achtergrond: terminologische verwarring? Geïntegreerd, of interdisciplinair? Of thematisch? Of ergens op de trap? Multidisciplinair, interdisciplinair, transdisciplinair?

13 De rol van het synthesemoment in NW Hoe komt het dat een ijsvogel een strenge winter kan overleven? Waarom kan een gekko aan het plafond blijven hangen? Om deze vragen te kunnen beantwoorden: Inzichten uit de fysica, de chemie en de biologie combineren om tot een synthese te komen. Interdisciplinaire aanpak nodig!

14 1. Natuurwetenschappen anders leren kennen Als elke discipline andere vragen stelt, welke vragen moet een leerkracht natuurwetenschappen dan stellen?

15 Gemeenschappelijke kenmerken natuurwetenschappelijke disciplines Verlangen naar weten Natuurwetenschappelijke methode Rol van abstractie Consistentie LET OP: Accent in eindtermen voor wetenschappelijke vaardigheden ligt op natuurwetenschappelijke methode!

16 Eigenheid vs. gemeenschappelijkheid?

17 2. Het vak afstemmen op het leren van de lerenden Preconcepten en misconcepten. Onderwijs kan helaas ook misconcepten introduceren. Grotere risico in het vak natuurwetenschappen. Leerkrachten kunnen zelf preconcepten doorgeven, in het bijzonder in de disciplines waarvoor ze niet opgeleid zijn. Misconcept in de natuurwetenschappen: De school geeft een redelijk eenzijdig en normerend beeld van de natuurwetenschappelijke methode als het volgen van een aantal regeltjes. Zie bv. Hodson, 1998: Link met startend SoE project: Onderzoek als authentieke leerinhoud Naar een didactiek van ondezoek in beweging

18 3. Kennisbasis algemene didactiek 4. Didactiek relevant vertalen naar eigen vak Metacognitie in wetenschappen en de Nature of Science : Wie een recept volgt, weet daarom nog niet wat koken is. Je moet het ook hebben over wat koken eigenlijk is, ten einde het koken zelf te verbeteren. Men gaat er vaak van uit dat de leerling door wetenschappen in de klas te bedrijven, wel zal begrijpen wat men aan het doen is. Net zoals bij het koken, blijkt dit een preconcept te zijn (van de leerkracht!) dat helaas niet geldig is in de vakdidactiek.

19 5. Het vak NW laten uitdagen Nanowetenschap

20 6. Uitgedaagd worden door de praktijk Enquête afgenomen: 163 leerkrachten SO, 27 docenten lerarenopleiding Hoewel veel leerkrachten vinden dat de huidige lerarenopleidingen onvoldoende voorbereiden om het vak NW te geven, vindt de meerderheid zichzelf wel voldoende geschoold. Dit staat in schril contrast met het feit dat een aanzienlijke groep docenten van de lerarenopleiding zichzelf onvoldoende geschoold vindt om alle natuurwetenschappen te geven.

21 7. Een relevante vakdidactiek natuurwetenschappen opbouwen Een goede leraar natuurwetenschappen... Heeft inzicht in de leerlijnen van elk vak. Is zich bewust van preconcepten bij leerlingen. Hanteert de juiste vakterminologie over de disciplines heen. Is geboeid door biologie, fysica en chemie. Kan deze passie overbrengen op zijn leerlingen. Is bereid zich te verdiepen in elk vak en er leraar in te zijn. Kijkt met de bril van een fysicus, chemicus, bioloog en natuurwetenschapper. Heeft oog voor interdisciplinariteit. Ziet mogelijkheden voor integratie. Hanteert vlot de meetinstrumenten en didactische materialen van de verschillende vakken.

22 8. Een vakdidactiek opbouwen op onderzoek NW Wetenschap voor de burger Bereiken van Wetenschappelijke geletterdheid MAAR... Geen wetenschappelijke evidentie dat de integratie van fysica, chemie en biologie de wetenschappelijke geletterdheid bevordert! Integratie is per se geen wondermiddel! Onderzoeksresultaten STEM didactiek inbouwen in didactiek NW Gesteund op resultaten SoE project P-reviews

23 Case CO 2 en klimaat Try-out in de vorm van een nascholing Interdisciplinaire aanpak, hedendaags thema: Inleiding: algemene aspecten vakdidactiek NW Oefening: welke vragen zou je stellen over CO 2 voor jezelf en in de les? Kijken naar CO 2 en klimaatproblematiek met de bril van - de chemicus - de fysicus - de bioloog Synthesemoment: klimaatmodellen. Om dit probleem op te lossen: inzichten van biologie chemie fysica combineren Leermateriaal CO 2 en klimaat beschikbaar op

24 Met de bril van de chemicus Onderzoek naar: 1. Productie van CO 2 2. Omzetten van CO 2 3. Meten van concentratie CO 2 4. Eigenschappen van CO 2

25 Met de bril van de fysicus 4. Waarom stijgt temperatuur van atmosfeer met meer broeikasgassen? 5. Welke gassen in atmosfeer hebben broeikaseffect? 6. Waarom interactie van IR-fotonen met atmosfeer en geen interactie met zichtbare fotonen? 7. Waarom interactie IR-fotonen met broeikasgassen maar niet met zuurstof en stikstof?

26 Met de bril van de bioloog 8. Vanwaar komt CO 2? a) Produceren levende wezens CO 2? b) Produceert het menselijk lichaam CO 2? c) Produceren gistcellen CO 2? 9. Hoe komt het dat deze bomen sneller groeien als er meer CO 2 is? a) Waarvoor hebben planten CO 2 nodig? b) Is fotosynthese-intensiteit afhankelijk van de CO 2 -concentratie?

27 Synthese: klimaatmodellen Klimaat begrijpen, Klimaatveranderingen voorspellen? Om dit op te lossen: inzichten van biologie chemie fysica combineren!

28 Invloed van omgeving (T en ph) op reacties met CO 2 Onderzoeksvraag 4 CHEMIE - proeven Hoe CO 2 wegnemen? Onderzoeksvraag 2 CHEMIE - proeven Waarom wordt straling geabsorbeerd door moleculen? Onderzoeksvraag 7 FYSICA resonantieproeven Klimaat verklaren? Welke gassen zijn broeikasgassen? Hoe CO 2 produceren? Onderzoeksvraag 1 CHEMIE- proeven Wat bepaalt/beinvloedt de concentratie van CO 2? Wie/wat beinvloedt de concentratie van CO 2 in de natuur? Nemen planten CO 2 op? Onderzoeksvraag 9 BIOLOGIE - proeven BROEIKASEFFECT: KERNIDEE Energiebalans zon-atmosfeer-aarde bepaalt T atmosfeer. Concentratie broeikasgassen (oa CO 2 ) in de atmosfeer heeft een invloed op energiebalans en dus op T Hoe weten wat de concentratie van CO 2 is? Produceren levende wezens CO2? Onderzoeksvraag 8 BIOLOGIE - proeven Meten van CO 2 Onderzoeksvraag 3 CHEMIE - proeven Kijk naar interactie met IR straling CO2, maar ook... Onderzoeksvraag 6 FYSICA PhET applet Meer broeikasgassen > stijgt T Waarom? De interactie tussen de moleculen van bepaalde gassen (broeikasgassen) in de atmosfeer met IR straling geproduceerd door de aarde zorgt ervoor dat de IR straling niet weggaat -> T stijgt Onderzoeksvraag 5 FYSICA PhET applet

29 Verdieping: complexiteit - klimatologie en de andere wetenschappen Atmosferisc he fysica Weersystemen METEREOLOGIE OUTPUT: Weerbericht Atmosferische wetenschappe n Korte termijn, max 2 weken Lange termijn Astrofysica Atmosferisc he Chemie Frequentie/trends In weersystemen KLIMATOLOGIE Klimaat als resultaat wisselwerking ATMOSFEER ZON Wiskunde Informatica Ecologie Oceanografi e Geobiochemie Glaciologie Hydrologie Geowetenschappen Vulkanologi e Fysische geografie LAND+OCEANEN INPUT Parameters die situatie zon, aardeatmosfeer aangeven, bv. concentrati e CO 2 In het verleden testen, voorspelling met oude data vergelijken Kwantitatief KLIMAAT- MODELLEN energiebalans Zonaarde+atmosfeer OUTPUT: T Voorspelling temperatuur aarde Complex: computer nodig!

30 C. Besluit Kwaliteitsvolle vakdidactiek NW NW fascinerend menselijk avontuur belichaamd door grote wetenschappers, met als drijfveer het verlangen naar weten Gemeenschappelijk: Unificerende concepten -> abstractie Consistentie Onderzoekende houding Context: niet enkel alledaags, durf ook moderne wetenschappen, hedendaagse research, buiten leefwereld geen plakwerkdidactiek afzonderlijke disciplines niet negeren Synthese tussen 3 vakken cruciaal (interdisciplinair) Leraar gids doorheen NW kernconcepten -> superman of -vrouw

31 Buitenlandse inspiratie Baden-Württemberg Verdiepen in disciplines én synthese

32 VAKDIDACTIEK NATUURWETENSCHAPPEN Conclusie In de initiële opleiding niet mogelijk om de drie vakken + synthese te doen BaSO Lerarenopleiding 2 vakken (meestal 1 wet. Vak) -> Voortgezette opleiding -> extra vak(ken) + synthese toevoegen - > koppelen aan vakdidactisch onderzoek

33 Discussie: Natuurwetenschappelijke vragen stellen? Verband vraag - achtergrond? Vakkennis Vaardigheden Liefde voor het vak?

34 Onze inspiratiegids kan besteld worden en de leermaterialen voor de case CO 2 en klimaat zijn beschikbaar op: