Standaarden en nieuwe ET

Transcriptie

1

2

3 Standaarden en nieuwe ET Uitgangspunten TOS21 Standaarden voor technische geletterdheid Binnen de matrix van dimensies en kerncomponenten ontwikkelt TOS21 in totaal 19 standaarden die omschrijven wat technische geletterdheid in Vlaanderen betekent

4 8 5 6

5 Engineeringsproject Projectmatig werk thematisch werken ontaardt vlug in een samenraapsel van inhoudselementen een interdisciplinaire aanpak krijgt doelgerichtheid door introductie van projectmatig werken systematiek in algemeen vormend engineeringsonderwijs moet gericht zijn op de koppeling met: authentieke technische toepassingsgebieden authentieke processen didactische structuur van een project (volgende dia s)

6 Projectmatig werk Engineeringsproject Fase 1: kennismaking met project, toepassingsgebieden techniek (constructies, energie, transport, biochemie, informatie en communicatie), leefomgeving leerlingen Fase 2: onderzoeken en oefenen: samenhangende kennisopbouw in functie van het engineeringsproces Fase 3: engineeringsproces met focus op ontwerpen, onderzoeken, keuzes maken, maken, gebruiken Fase 4: engineering en maatschappij - nadenken over het gebruik van techniek en wetenschap: o.a. effectenonderzoek

7

8 STEM-actieplan STEM en beleid Strategisch plan STEM 2020: actieplan voor het stimuleren van loopbanen in wetenschappen (Science), techniek (Technology), Engineering en wiskunde (Mathematics), beschreven in een mededeling aan de Vlaamse Regering op 14 oktober 2011

9 STEM en beleid

10 STEM en beleid

11 STEM en projecten PWO-project Arteveldehogeschool engineering Praktijkgericht Wetenschappelijk Onderzoek

12 Onderzoeksvraag Welke leeromgeving is er nodig om engineering te implementeren in de eerste graad secundair onderwijs? Aangezien we vertrekken vanuit een geïntegreerde en maatschappelijk georiënteerde visie op engineering, hebben we in het onderzoek oog voor volgende kenmerken: integratie van de vakgebieden techniek, wiskunde en wetenschappen hogere orde denkvaardigheden zoals creatief denken en systeemdenken de maatschappelijke rol (sociaal, ecologisch, economisch) van engineering het zinvol gebruik van nieuwe media en materiaal

13 Integratie Studenten beginnen met een ontwerpuitdaging de vroege ontwerpfase mislukt, dit creëert een behoefte aan (wetenschappelijke) kennis de kennis wordt verworven door te experimenteren en te lezen de ontwerpopgave wordt hervat, met nieuwe wetenschappelijke kennis Verbind met theorieën Veralgemeen resultaten Analyseer resultaten 0ntwerp DIALOOG & OVERLEG Evalueer resultaat Zoek verklaringen Test ideeën WETENSCHAP ONTWERP aanpassing van Apedoe e.a. 2009

14 Integratie Studenten beginnen met een ontwerpuitdaging; de vroege ontwerpfase mislukt, dit creëert een behoefte aan (wetenschappelijke) kennis de kennis wordt verworven door te experimenteren en te lezen de ontwerpopgave wordt hervat, met nieuwe wetenschappelijke kennis Verbind met theorieën Veralgemeen resultaten Analyseer resultaten 0ntwerp DIALOOG & OVERLEG Evalueer resultaat Zoek verklaringen Test ideeën WETENSCHAP ONTWERP aanpassing van Apedoe e.a. 2009

15 Integratie Studenten beginnen met een ontwerpuitdaging; de vroege ontwerpfase mislukt, dit creëert een behoefte aan wetenschappelijke kennis de kennis wordt verworven door te experimenteren en te lezen de ontwerpopgave wordt hervat, met nieuwe wetenschappelijke kennis Verbind met theorieën Veralgemeen resultaten Analyseer resultaten 0ntwerp DIALOOG & OVERLEG Evalueer resultaat Zoek verklaringen Test ideeën WETENSCHAP ONTWERP aanpassing van Apedoe e.a. 2009

16 Uitgangspunten Techniek is multidisciplinair: Om problemen op te lossen -> inzet van alles wat kan helpen bij het ontwerpen en maken van een systeem, omgeving Wat is het verschil tussen techniek en engineering?

17 Uitgangspunten Techniek, wiskunde en wetenschap: een voortdurende interactie

18 Uitgangspunten Techniek, wiskunde en wetenschap : een voortdurende interactie wetenschappers (wat en hoe onderzoeken? -> ifv onderzoeksvraag) <-> ingenieurs en technici (technisch ontwerpen en uitvoeren)

19 Uitgangspunten Engineering Google-resultaten

20 Uitgangspunten Engineering: Google-resultaten veel tekenomgevingen, technische tekeningen, 3Dsimulaties en testomgevingen: nieuwe zaken ontwerpen en testen is blijkbaar zeer belangrijk; veel tandwielen : engineering sterk verbonden met de harde sectoren; complexe resultaten van engineering zoals grote constructies, vliegtuigen, robots : het moet dus zeker over ingewikkelde en complexe systemen gaan; white collarmen wearinghelmet: het is zeker een mannenactiviteit en de bijhorende job van ingenieur wordthooggewaardeerd

21 Engineers Uitgangspunten

22

23 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen uit industriële, onderzoeks- en ontwerpomgevingen vertalen naar practica Een practicum is een didactisch vereenvoudigde simulatie van een levensechte werkwijze uitgaande van een concrete probleemstelling. Aan deze vereenvoudiging wordt structuur gegeven door opsplitsing in 5 (iteratieve) kenmerkende fasen of stappen

24 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: wetenschappen - wetenschappelijke werkwijze -> stappenplan onderzoek

25 onderzoek statisch systeem emulsie

26 onderzoek elektrische kring logische poort

27 onderzoek grootheden in formule

28

29 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs onderscheid wetenschappen - techniek

30 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs onderscheid wetenschappen - techniek

31 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs wetenschappen techniek - maatschappij

32 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: Wetenschappenen techniek: twee soorten onderzoek opbouw samenhangende kennis in functie van het engineeringsproject keuzebepalende onderzoeken tijdens het ontwerpen (functietabel) (aangevuld met materiaallijsten, simulaties )

33 Uitgangspunten keuzebepalende onderzoeken

34 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: wiskunde: problemen oplossen door matematisering en dematematisering bv. bij vraagstukken

35 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten

36 Uitgangspunten

37 Uitgangspunten

38 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten

39 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Programma van eisen-> concept» gedetailleerd beschrijven van de functie van het product in al haar aspecten leidt tot een programma van eisen (PvE)» lijst van alle randvoorwaarden en eisen waaraan het product moet voldoen en» eigenschappen die het product moet bezitten om te voldoen aan de behoeften

40 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Programma van eisen-> concept: voorbeelden» ethische aanwending van producten: is het wenselijk dat bepaalde type wapens geproduceerd worden?» sociale overwegingen: zeer goedkope kledij in lageloonlanden door kinderen laten vervaardigen?

41 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Programma van eisen-> concept: voorbeelden» ethische aanwending van producten» sociale overwegingen» milieu: de invulling van de behoefte is erg milieubelastend» esthetische en cultuurhistorische randvoorwaarden

42 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Programma van eisen-> concept Oplossingen bedenken en kiezen-> ontwerp» nu kunnen ontwerpers nadenken over mogelijke oplossingen voor het ontwerpprobleem» nu moeten zoveel mogelijk nieuwe en creatieve ideeën komen: hier passen we het creatief proces toe met zijn creativiteitstechnieken

43 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Programma van eisen-> concept Oplossingen bedenken en kiezen-> ontwerp» twee belangrijke ontwerpactiviteiten zijn: 1. bepalen van de hoofd- en deelfuncties 2. het kiezen van de fysische en chemische processen per deelfunctie

44 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Oplossingen bedenken en kiezen-> ontwerp

45 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten Oplossingen bedenken en kiezen-> ontwerp

46 ontwerp afvalcontainertje voor op de fiets

47

48

49

50

51

52 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten

53 Uitgangspunten

54 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten

55 Uitgangspunten

56 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten We bespreken de procesbepaling (stap 2) via de methode van de 5 M s: Middelen: welke gereedschappen en machines hebben we nodig? Methode: processchema s (flow-chart, bewerkingsschema, routeschema, fabricageschema) - proceseisen (tempo, timing, afvalbehandeling, veiligheid,.)

57 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten We bespreken de procesbepaling (stap 2) via de methode van de 5 M s: naast Middelen en Methode: Mens: wie moet welke activiteiten uitvoeren en welke instructies moeten de personen krijgen? Materiaal: welke grondstoffen, hulpgrondstoffen, onderdelen, zijn er nodig?

58 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten We bespreken de procesbepaling (stap 2) via de methode van de 5 M s: naast Middelen, Methode,Mens en Materiaal:» Milieu: in welke werkomgeving moet de productie gebeuren en binnen welke omgevingsvoorwaarden (ruimte, licht, geluid, ventilatie, afval, )

59 maken van yoghurt: stap 2 proces bepalen (5 M n)

60 maken van yoghurt: stap 5 proces evalueren (5 M n)

61 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten

62 levensechte opdracht

63

64

65 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten nog verder te exploreren - Een ecosysteemdienst is een dienst die door een ecosysteem (duin, bos, polder ) aan mensen wordt geleverd: - een product (bv. drinkwater) - een regulerende dienst (bv. bestuiving van gewassen) - een culturele dienst (bv. gelegenheid geven tot recreatie) - een ondersteunende dienst (bv. de kringloop van nutriënten in een ecosysteem)

66 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs reële processen vertalen naar practica: techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten - afwegen technische realisatie ecosysteemdienst bv. - natuurlijke beekvallei als overstromingsgebied vs. technische oplossing door de bouw van een spaarbekken, stroomopwaarts de rivier

67 Uitgangspunten

68 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide goed verbonden (strepen) verzameling van vakbegrippen (ovalen) hechte verbanden (gestippelde lijnen) tussen de kennispiramide en de werkelijkheid Kamp, M. & Vogelezang, M. (2014). De zwevende piramide. Tijdschrift voor lerarenopleiders 35(3) 2014 Velon, Velov.

69 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide abstracte begrippen top: systeem tussenin: dynamisch en statisch systeem, deelsystemen basis: elektrische motor, LED, luidspreker omhulsel, verpakking, taart bijna concrete begrippen basis: elektrische motor werkelijkheid: een specifieke elektrische motor

70 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide pijlen geven weer dat: -kennis wordt gevormd in wisselwerking met de werkelijkheid -waarnemen is theoriegebonden

71 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide begrippen staan nogal los van elkaar weinig verbinding tussen de kennispiramide en de werkelijkheid

72 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: problemen van leerlingen in bèta-vakken zie zwevende piramide kennis is niet als een samenhangend geheel geleerd en opgeslagen -> feitjeskennis kennisgebouw is niet of te weinig verbonden met de werkelijkheid -> schoolse kennis

73 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: versterken van de verbinding kennisbasis en werkelijkheid elk engineeringsproject opstarten vanuit de eigen belevingswereld van de leerlingen leerlingen herkennen het geleerde in de reële belevingswereld boeiend beeldmateriaal in leerwerkboeken kan hierbij helpen! systeemonderzoeken

74 Uitgangspunten Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: versterken van de verbinding kennisbasis en werkelijkheid levensechte processen ( onderzoeken, ontwerpen, maken ) vertalen naar practica (stappenplannen) wisselwerking kennis engineering en maatschappij, milieu en natuur: effectenonderzoeken en reflectiemomenten -> leerlingen denken na over engineering en zichzelf (rollen, talenten, beroepen )

75 Uitgangspunten Enquiry-based learning toepasbaar in elke probleemoplossende situatie wiskunde: proces van mathematiseren en demathematiseren

76 Uitgangspunten Enquiry-based learning toepasbaar in elke probleemoplossende situatie wetenschappen: wetenschappelijke werkwijze -> onderzoek verschijnselen

77 Uitgangspunten Enquiry-based learning toepasbaar in elke probleemoplossende situatie techniek: onderzoek systemen ontwikkelen maakproces (5 M n) ontwerpen: programma van eisen en functietabel logistiek: welk transportmiddel inzetten? ecosysteemdiensten: afweging ecosysteem <-> technisch systeem effectenonderzoek

78 Uitgangspunten Levensecht onderwijs Enquiry-based learning Systeemdenken: holistisch denken Eindtermen TE: 1/3 de -> techniek en maatschappij

79 Uitgangspunten

80 Uitgangspunten Systeemdenken Profit -> prosperity (welvaart) 3 P s

81 Uitgangspunten Levensecht onderwijs Enquiry-based learning Systeemdenken: effectenonderzoek

82 Uitgangspunten Levensecht onderwijs Enquiry-based learning Systeemdenken: stap 5 onderzoek

83 Uitgangspunten Systeemdenken: ecodesign principes ecodesign kadert binnen de overkoepelende term van duurzame ontwikkeling definitie duurzame ontwikkeling (VN-commissie Brundtland, 1987: de ontwikkeling van de maatschappij die voorziet in de behoeften van het heden zonder het vermogen van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen

84 Uitgangspunten Systeemdenken: ecodesign principes vertaling van duurzaamheid naar 3 elementen: de 3 P s ecologische dimensie: Planet sociale dimensie: People economische dimensie: Prosperity (Profit) ( )

85 duurzaamheid Uitgangspunten

86 Uitgangspunten Systeemdenken: ecodesign principes ook rekening houden met levenscyclus product van grondstof tot afval impact product beperken

87

88

89 Uitgangspunten Systeemdenken: ecodesign sleutelthema s duurzame ontwikkeling

90

91 Modellering engineering

92 Modellering engineering

93 Definitie engineering

94 Definitie engineering het ontwerp onder beperkingen - de meest fundamentele beperkingen: wetten van de natuur - andere beperkingen zijn tijd, geld, beschikbare materialen, ergonomie, milieuregelgeving, maakbaarheid, herstelbaarheid, politieke overwegingen, mode Standards for K-12 Engineering Education (2010)

95 Definitie engineering alle technische contexten / omstandigheden waarin processen, producten, systemen, diensten en omgevingen continu ontwikkeld worden hierbij is creativiteit, gedefinieerd als divergerend en convergerend denken, een onmisbaar werkinstrument tijdens dit ontwikkelingsproces worden alle noodzakelijke kennisbronnen en werkwijzen gebruikt maar wetenschappelijke en/of wiskundige kennis en werkwijzen worden steeds benut

96 Definitie engineering deze technische contexten / omstandigheden zijn: het ontwerp- of designproces van producten, systemen, diensten en omgevingen (ontwerper) - ecodesign het ontwerp- en uitwerkingsproces van voornamelijk onderzoeks-, maak- en logistieke processen (ingenieur, ontwerper productieproces, logistiek ontwerper) het onderzoeken en afwegen van ecosysteemdiensten versus technische systemen en modelleren

97 Definitie engineering deze technische contexten / omstandigheden zijn: het uitwerken van de materiële, organisatorische en beheersmatige omstandigheden van deze processen (productieleider) reflectieprocessen binnen een systeemdenken: het ontwikkelde proces, product, systeem, dienst of omgeving wordt getoetst aan diverse andere processen zoals ecologische, sociale en economische processen

98 Structuur van een engineeringsproject projectstructuur

99

100 Structuur van een engineeringsproject inzoomen op fase 3 techniekproject

101 aangevuld met: - materiaalfiches - formulefiches (wiskunde, fysica, chemie ) - simulaties

102

103 Voor de leerlingen

104 Voor de leerlingen

105 Voor de leerlingen

106

107 Voor de leerlingen

108 Voor de leerlingen

109 Stellingen geïntegreerd toepassen van wetenschap, wiskunde en techniek leidt tot verwarring bij de leerlingen en zal dus geen (weinig) leerwinst of motivatie opleveren

110 Stellingen geïntegreerd toepassen van wetenschap, wiskunde en techniek is enkel goed voor knappe leerlingen

111 Stellingen secundair onderwijs (voortgezet onderwijs) en integratie van vakken gaan niet samen

112 Stellingen en bij deze integratie is techniek altijd de dupe

113 Stellingen bij STEM-onderwijs is techniek de draaischijf

114 Stellingen het is belangrijk dat 18-jarigen kunnen systeemdenken!