De opbrengsten van geïntegreerd wetenschap en techniekonderwijs op de lerarenopleiding basisonderwijs

Transcriptie

1 De opbrengsten van geïntegreerd wetenschap en techniekonderwijs op de lerarenopleiding basisonderwijs Symen van der Zee, Martine Gijsel & Jannet Doppenberg Kenniscentrum Onderwijsinnovatie (KCOI), Saxion University of Applied Sciences, Deventer Samenvatting Verschillende onderzoekers pleiten voor het integreren van wetenschap en techniekonderwijs met en rekenen-wiskunde op de lerarenopleiding. Er is echter nog weinig bekend over de effecten van een dergelijk aanbod. Om inzicht te krijgen in de reeds opgedane ervaringen van lerarenopleiders met integratie en de effecten daarvan op (de kennis en vaardigheden, houding, pedagogical content knowledge (PCK) en selfefficacy van) studenten is een literatuurstudie uitgevoerd. Uit de review is gebleken dat een geïntegreerd aanbod van wetenschap en techniek, en/of rekenen-wiskunde in de literatuur op verschillende manieren vormgegeven wordt. In de meeste studies wordt geconcludeerd dat een geïntegreerd aanbod positief bijdraagt aan de ontwikkeling van de vakkennis en vaardigheden van studenten. Ook lijkt het een positief effect te hebben op de houding van aanstaande leraren ten aanzien van vakkenintegratie. Er zijn geen eenduidige effecten op de self-efficacy van studenten en geen resultaten met betrekking tot de PCK. Op basis van de resultaten worden verschillende aanbevelingen gedaan voor het vormgeven en uitvoeren van een geïntegreerd aanbod op de lerarenopleiding. Inleiding In Nederland kiezen weinig jongeren voor een toekomst in de bètatechniek. Deze situatie wordt zorgelijk geacht; doordat de komende jaren veel technici met pensioen gaan, ontstaat er een groot tekort aan technisch personeel (Techniekpact, 2013). In dit licht wordt van het onderwijs gevraagd een bijdrage te leveren. Basisscholen spelen daarbij een belangrijke rol. Al op jonge leeftijd vormen kinderen beroepsbeelden, waarvan verondersteld wordt dat ze een belangrijke rol spelen in de latere studiekeuze (Osborne, Simon & Collins, 2003). Basisscholen kunnen met de juiste aandacht voor wetenschap en techniek de gewenste kennis en vaardigheden van leerlingen bevorderen en hun attitude positief beïnvloeden (Osborne & Dillon, 2008). Zorgwekkend in dit verband is dat leraren in het basisonderwijs doorgaans weinig affiniteit hebben met de bètavakken en techniek (Van Keulen & Slangen, 2010; Van Aalderen- Smeets, Walma-Van der Molen & Asma, 2012). De laatste tien jaar zijn initiatieven ontplooid om hierin verandering te brengen. Hoewel deze Geïntegreerd onderwijs lijkt een manier om competenties van a.s. leraren op het gebied van wetenschap en techniek te ontwikkelen. hebben bijgedragen aan de professionalisering van (aanstaande) leraren en de aandacht voor wetenschap en techniekonderwijs, is de structurele inbedding ervan in het curriculum van zowel basisscholen als lerarenopleidingen basisonderwijs nog niet gerealiseerd. Een belangrijk knelpunt, zowel in de lerarenopleiding als in het basisonderwijs, is de overladenheid van het curriculum. Een veelvuldig voorgestelde oplossing voor dit probleem is het integreren van leereenheden (zie bijv. Van Keulen & Slangen, 2010). Vanwege de huidige aandacht in het Neder- Tijdschrift voor Lerarenopleiders, 36(1)

2 landse onderwijs voor de vakken en rekenen-wiskunde, wordt voorgesteld om wetenschap en techniekonderwijs te integreren met en rekenen-wiskunde. Verschillende studies uit andere landen suggereren dat geïntegreerd onderwijs op de lerarenopleiding doeltreffend kan bijdragen aan de ontwikkeling van vakinhoudelijke kennis en self-efficacy van aanstaande leraren ten aanzien van wetenschap en techniekonderwijs (Cady & Rearden, 2007; Foss & Pinchbach, 1998; Kelly, 2001; Koirala & Bowman, 2003). Daarbij wordt gesuggereerd dat het ervaren van een geïntegreerd onderwijsaanbod op de lerarenopleiding ertoe leidt, dat aanstaande leraren eerder en vaker het onderwijs in wetenschap en techniek integreren met andere vakken in de onderwijspraktijk (Basista & Matthews, 2002). Geïntegreerd onderwijs op de lerarenopleiding lijkt dus een doeltreffende manier om de competenties van toekomstige leraren op het gebied van wetenschap en techniek te ontwikkelen en hen te leren wetenschap en techniekonderwijs te integreren met en rekenen-wiskunde in het basisonderwijs. Om de effecten van een geïntegreerd onderwijsaanbod op de lerarenopleiding systematisch in kaart te brengen, is een literatuurstudie uitgevoerd. Doel van deze studie is het verkrijgen van inzicht in de ervaringen die op lerarenopleidingen zijn opgedaan met het integreren van wetenschap en techniek met en/of rekenen-wiskunde en nagaan wat bekend is over de effecten hiervan. Alvorens de resultaten van de review te beschrijven, wordt in het theoretisch kader ingegaan op wetenschap en techniekonderwijs en geïntegreerd onderwijs, en wordt de opzet van de studie toegelicht in de methodologische verantwoording. Na de presentatie van de resultaten worden conclusies getrokken en worden de beperkingen van de studie belicht. Theoretisch kader Wetenschap en techniekonderwijs De term 'wetenschap en techniekonderwijs' kent vele variaties en inhouden. Tot 1991 werd op Nederlandse basisscholen het vak 'kennis van de natuur' aangeboden, dat zich voornamelijk richtte op biologie. In 1991 werd het natuuronderwijs, bestaande uit natuurkunde, scheikunde en biologie. In 1996 kwam daar vervolgens techniekonderwijs bij. Natuuronderwijs, techniekonderwijs, geschiedenis en aardrijkskunde werden ondergebracht in het domein 'Mens en Wereldoriëntatie'. Het onderbrengen van de vakken in het domein had onder meer tot doel de integratie van de vakken te bevorderen. In de praktijk werden de vakken echter veelal afzonderlijk van elkaar onderwezen en was er slechts incidenteel aandacht voor techniekonderwijs. In 2006 werden natuuronderwijs en techniekonderwijs mede daarom niet meer als aparte vakken benoemd, maar als eenheid: natuur- en techniekonderwijs. Hoewel deze term in het basisonderwijs en op lerarenopleidingen veelal ook wordt gebezigd, hanteren landelijke stimuleringsprojecten doorgaans de term wetenschap en techniek. De term benadrukt de samenhang tussen natuurwetenschap (natuurkunde, scheikunde en biologie) en techniek (Graft & Kemmers, 2007), en legt meer nadruk op de procesvaardigheden; het leren ontwerpen en onderzoeken. Zoals reeds benoemd, hebben (aanstaande) leraren basisonderwijs doorgaans weinig affiniteit met wetenschap en techniekonderwijs. In de literatuur worden een aantal gerelateerde problemen besproken. Het meest genoemde probleem is dat (aanstaande) leraren weinig vakinhoudelijke kennis hebben. Studenten die kiezen voor een lerarenopleiding basisonderwijs hebben veelal geen bèta-achtergrond (Appleton, 2003). Een ruime meerderheid is ook 54 Opbrengsten geïntegreerd wetenschap&techniekonderwijs op de lerarenopl. basisonderwijs

3 van mening te weinig verstand van wetenschap en techniek te hebben (Van Uum & Gravemeijer, 2012). Een tweede probleem is de geringe pedagogical-content knowledge (PCK). Toekomstige leraren vinden het moeilijk om wetenschap en techniekonderwijs vorm te geven en leerlingen tijdens leeractiviteiten inhoudelijk te begeleiden en ondersteunen (Appleton, 2002, 2008; Goodnough & Hung, 2009). Het derde probleem is een logisch gevolg van de vorige problemen en betreft de lage self-efficacy van aanstaande leraren. Slechts 27% van de basisschoolleerkrachten acht zichzelf Pleidooien kundig genoeg om onderwijs te geven in wetenschap en techniek voor vakkenintegratie zijn niet (Martin, Mullis, & Foy, 2008). Het gebrek aan vakkennis en PCK en de lage self-efficacy heeft volgens de literatuur twee gevolgen. Enerzijds leidt het ertoe dat leraren het vak wetenschap en nieuw. Echter hoe meer intergratie, hoe complexer, zo wordt techniek mijden, anderzijds heeft het een negatief effect op de didactiek die ze hanteren wanneer ze het vak wel aanbieden gesteld. (Harlen, 1997). Wanneer leraren weinig vertrouwen hebben in hun eigen kennen en kunnen, passen ze eerder en vaker onderwijsaanpakken toe die ze in staat stellen om de informatiestroom in de klas onder controle te houden, zoals directe instructie (Osborne, Simon, & Collins, 2003). Dit terwijl in de literatuur meer open didactische aanpakken worden aanbevolen voor wetenschap en techniekonderwijs, zoals begeleid onderzoekend leren, en meta-analyses ook bevestigen dat deze aanpakken effectiever zijn (Alfieri et al., 2011; vgl. Kirschner, Sweller, & Clark, 2006; Mayer, 2004). Geïntegreerd onderwijs Pleidooien voor vakkenintegratie zijn niet nieuw. Sinds de negentiende eeuw wordt al voor (meer) samenhang en kruising van de inhouden en vaardigheden van verschillende vakken gepleit (Van der Zee, Gijsel, & Doppenberg, 2013). In de literatuur worden daarvoor verschillende termen gebruikt, zoals samenhangend onderwijs, thematisch onderwijs, probleemgestuurd onderwijs, projectonderwijs en interdisciplinair onderwijs. Behalve dat de termen variëren, ontbreekt het aan een eenduidige definitie. Czerniak, Weber en Sandman (1992, p.2) hebben verschillende definities vergeleken en concluderen: " a common definition of integration does not exist that can be used as a basis for designing, carrying out, and interpreting results of research." Verscheidene onderzoekers hebben getracht conceptuele helderheid te bieden, door verschillende benaderingen van integratie te onderscheiden en deze te plaatsen op een continuüm (zie bijv. Lam et al., 2013). Aan het ene uiterste wordt een traditionele benadering geplaatst waarbij de vakken volledig gescheiden van elkaar worden onderwezen, aan het andere uiterste zijn verregaande vormen van integratie te vinden. Recentelijk hebben Gresnigt en collega's (2014) de modellen vergeleken en een nieuwe indeling ontwikkeld (zie Tabel 1, op p.56). Deze indeling is gebaseerd op de mate waarin elementen van het onderwijsprogramma - zoals de doelen, lesuren, instructies, toetsen en cijfers- worden geïntegreerd. Hoe meer elementen geïntegreerd worden, hoe complexer de vorm van integratie, zo wordt gesteld. De bruikbaarheid van het kader van Gresnigt en collega's (2014) is reeds aangetoond in de context van geïntegreerd wetenschap en techniekonderwijs in het basisonderwijs. Om die reden is dit kader als uitgangspunt gekozen om na te gaan op welke wijze lerarenopleidingen wetenschap en techniekonderwijs integreren met andere vakken. Tijdschrift voor Lerarenopleiders, 36(1)

4 Tabel 1 Vormen van integratie (Gresnigt et al., 2014) Vorm van integratie Beschrijving Isolatie / gefragmenteerd Verbonden / bewust Genest / fusie Multidisciplinair Interdisciplinair Transdisciplinair Vakken worden los van elkaar onderwezen. Elk vak heeft in de lessentabel een eigen plek en in de daarvoor gereserveerde tijd wordt gewerkt aan vakspecifieke doelen. De leerkracht legt expliciet verbindingen tussen verschillende vakken. Elk vak heeft in de lessentabel een eigen plek en in de daarvoor gereserveerde tijd wordt gewerkt aan vakspecifieke doelen. Binnen een vak worden vaardigheden of inhouden van een ander vak aangesproken. Inhoud van het ene vak kan worden gebruikt om het andere vak te verrijken. Aan de doelen van een vak wordt gewerkt binnen de (tijd en) context van een ander vak. Twee of meer vakgebieden maken deel uit van een thema of een project. De verschillende vakken worden afzonderlijk of opvolgend in tijd onderwezen en binnen de tijd wordt aan de vakspecifieke doelen gewerkt, maar de inhoud en context van het onderwijs worden op elkaar afgestemd. Het onderwijs wordt benaderd vanuit thema's of projecten en er wordt niet meer gerefereerd aan afzonderlijke vakgebieden. De inhouden of contexten van de thema's of projecten worden geïnitieerd door de leerkracht. De nadruk ligt op vakoverstijgende doelen. Het onderwijs wordt benaderd vanuit thema's of projecten en er wordt niet meer gerefereerd aan afzonderlijke vakgebieden. De lesdoelen overstijgen de vakgebieden en komen voort uit de vragen van de kinderen. Om zicht te krijgen op de doelmatigheid en haalbaarheid van het integreren van wetenschap en techniek met en/of rekenen-wiskunde op de lerarenopleiding, is een literatuurstudie geïnitieerd. De volgende vragen zijn geformuleerd: 1 Op welke wijze wordt het vak wetenschap en techniek (science) geïntegreerd met en/of rekenen-wiskunde op de lerarenopleiding? 2 Wat zijn de effecten van een geïntegreerd aanbod op de vakkennis, PCK, self-efficacy en attitude van aanstaande leraren? 3 Welke aanbevelingen worden geformuleerd ten aanzien van een geïntegreerd aanbod wetenschap en techniek met en/of rekenen-wiskunde op de lerarenopleiding? Methodologische verantwoording Er is op drie manieren gezocht naar publicaties: 1) zoektocht in de elektronische databanken Picarta, Omega, Web of Science, Psychinfo, en ERIC, 2) handmatige doorzoeking van tien wetenschappelijke tijdschriften over wetenschap en techniekonderwijs, en 3) toepassing van de sneeuwbalmethode. De zoektocht is beperkt tot (a) publicaties uit de periode , (b) peer reviewed publicaties, (c) online beschikbare publicaties, en (d) Engelstalige publicaties. Voor de selectie van de studies zijn twee criteria toegepast: 1) de studie moet hebben plaatsgevonden op een lerarenopleiding, en 2) de studie moet gaan over de integratie van wetenschap en techniek met en/of rekenen-wiskunde. Met behulp van de volgende zoektermen zijn de elektronische databanken doorzocht: teacher education OR student teacher training OR teacher training 56 Opbrengsten geïntegreerd wetenschap&techniekonderwijs op de lerarenopl. basisonderwijs

5 programme OR primary teacher preparation programme OR primary teacher education OR preservice teacher education OR preservice elementary teaching AND interdisciplinary OR transdisciplinary OR multidisciplinary OR integr* AND science AND math* OR language OR literacy. Deze doorzoeking heeft drie studies opgeleverd die voldoen aan de selectiecriteria. Het handmatig doorzoeken van de tijdschriften leverde 12 geschikte studies op, en door toepassing van de sneeuwbalmethode zijn 21 studies gevonden die voldoen aan de selectiecriteria. Van de in to 35 gevonden studies zijn vijf studies theoretisch van aard, de overige 30 studies zijn interventiestudies. De helft van de interventiestudies richtte zich op de integratie van wetenschap en techniek met rekenen-wiskunde, bij 11 interventiestudies stond de integratie met centraal, en in vier studies werden zowel als rekenen-wiskunde geïntegreerd met wetenschap en techniek (zie verder Van der Zee, Gijsel, & Doppenberg, 2014). Om de synthese van de resultaten te vergemakkelijken en om transparantie en objectiviteit te vergroten, is voor iedere studie een analyseschema ingevuld. Dit schema is als volgt opgebouwd: 1) auteur(s) en jaartal, 2) titel, 3) tijdschrift, 4) vorm van integratie (o.b.v. Gresnigt et al., 2014), 5) geïntegreerde vakken, 6) doelgroep, 7) doelstelling/vraagstelling, 8) methode van onderzoek, 9) resultaten, 10) conclusies, en 11) beperkingen en kanttekeningen. Op basis van de analyseschema's zijn de studies inhoudelijk geclusterd en vervolgens per cluster bestudeerd en met elkaar vergeleken. Op pagina 58 en 59 is een overzicht te vinden van de studies die zijn bestudeerd, vergeleken en geïntegreerd. Resultaten De resultaten worden per onderzoeksvraag gepresenteerd. Integratie wetenschap en techniek (science) met en/of rekenen-wiskunde De 30 interventiestudies laten zien dat wetenschap en techniek op verschillende manieren met en/of rekenen-wiskunde geïntegreerd kan worden op de lerarenopleiding. Met uitzondering van de transdisciplinaire vorm van integratie, komen alle vormen die Gresnigt en collega's (2014) onderscheiden in meerdere studies voor. In studies waarin sprake is van een verbonden vorm van integratie, legden lerarenopleiders expliciet de relaties uit tussen verschillende vakken, met als doel de studenten erop te wijzen dat de vakken in het basisonderwijs geïntegreerd aangeboden kunnen worden. Bijvoorbeeld: in de studie van Cady en Rearden (2007) gaf de rekendocent suggesties voor hoe rekenkundige concepten geïntegreerd kunnen worden in wetenschap en technieklessen en vice versa. Van deze vorm van integratie wordt in veel studies het belang toegelicht. Zhou en Kim (2010, p.126) geven aan: "We believe that what we really do in curriculum integration is to integrate thinking rather than a disregard of disciplinary teaching. Our teaching emphasized the connectedness between these three subjects while at the same time maintaining each subject's identity and individuality." In studies waarin sprake is van een geneste vorm van integratie worden - of rekenactiviteiten ingebed in de lessen wetenschap en techniek. Bijvoorbeeld: in de studie van Ford (2004) werden activiteiten geïntegreerd in wetenschap en techniekopdrachten. Lerarenopleiders gaven de studenten de opdracht om teksten in wetenschap en techniekmethodes te evalueren en daarbij te letten op verschillende tekststructuren. Tijdschrift voor Lerarenopleiders, 36(1)

6 Overzicht van de studies in de review Referentie Vakgebied: science + Referentie Vakgebied: science + Ashmann, S., Zawojewski, J., & Bowman, K. (2006). Integrated mathematics and science teacher education courses: a modelling perspective. Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education, 6(2), Avraamidou, L., & Osborne, J. (2009). The role of narrative in communicating science. International Journal of Science Education, 31(12), Beath, M.E. & McNeal, B. (1999). Co-teaching science and mathematics methods courses. Paper presented at the Annual International Conference of the Association for the Education of Teachers in Science. Berlin, D. F., & White, A. L. (2012). A longitudinal look at attitudes and perceptions related to the integration of mathematics, science, and technology education. School Science and Mathematics, 112(1), Berlin, D. F., & White, A. L. (2010). Preservice mathematics and science teachers in an integrated teacher preparation program for grades 7-12: a 3-year study of attitudes and perceptions related to integration. International Journal of Science and Mathematics Education, 8(1), Cady, J. A., & Rearden, K. (2007). Pre-service teachers' beliefs about knowledge, mathematics, and science. School Science and Mathematics, 107(6), Cox-Peterson, A. M., Spencer, B. H., & Crawford, T. J. (2005). Developing a community of teachers through integrated science and literacy servicelearning experiences. Issues in Teacher Education, 14(1), Elliott, P. (2006). Reviewing newspaper articles as a technique for enhancing the scientific literacy of student?teachers. International Journal of Science Education, 28(11), Ford, D. J. (2004). Scaffolding preservice teachers' evaluation of children's science literature: attention to science-focused genres and Use. Journal of Science Teacher Education, 15(2), Frisch, J. K. (2010). The stories they'd tell: pre-service elementary teachers writing stories to demonstrate physical science concepts. Journal of Science Teacher Education, 21, Frykholm, J. & Glasson, G. (2005). Connecting science and mathematics instruction: pedagogical context knowledge for teachers. School Science and Mathematics, 105(3), Furner, J. M., & Kumar, D. (2007). The mathematics and science integration argument: a stand for teacher education. Eurasia Journal of Mathematics, Science, & Technology Education, 3(3), Jones, I., Lake, E.V., & Dagli, U. (2005). Integration of science and mathematics methods and preservice teachers' understanding. Journal of Early Childhood Teacher Education, 25(2), Kelly, C. (2001). Creating advocates: building preservice teachers' confidence using and integrated, spiral-based, inquiry approach in mathematics and science methods instruction. Action in Teacher Education, 23(3), Kimm, M. M., Andrews, R. L., & Carr, D. L. (2004).. Traditional versus integrated preservice teacher education curriculum: a case study. Journal of Teacher Education, 55, verschillende vakken (o.a. en/of ) King, K. P., & Wiseman, D. L. (2001). Comparing science efficacy beliefs of elementary education majors in integrated and non-integrated teacher education coursework. Journal of Science Teacher Education, 12(2), en Koirala, H. P., & Bowman, J. K. (2003). Preparing middle level preservice teachers to integrate mathematics and science: problems and possibilities. School Science and Mathematics,103(3), Lewis, S. P., Alacaci, C., O'Brien, G. E., Jiang, Z. (2002 ). Preser vice elementary teachers' use of mathematics in a project-based science approach. School Science and Mathematics. 102(4),

7 Vakgebied: Referentie science + McDonald, C. (2010). The influence of explicit nature of science and argumentation instruction on preservice primary teachers' views of nature of science. Journal of Research in Science Teaching, 47(9), Moseley, C., & Utley, J. (2006). The effect of an integrated science and mathematics content-based course on science and mathematics teaching efficacy of preservice elementary teachers. Journal of Elementary Science Education,18(2), Paige, K., Lloyd, D., & Chartres, M. (2008). Moving towards transdisciplinarity: an ecological sustainable focus for science and mathematics preservice education in the primary/middle years, Asia-Pacific Journal of Teacher Education, 36(1), Robertshaw, B., & Campbell, T. (2013). Constructing arguments: investigating pre-service science teachers' argumentation skills in a socioscientific context. Science Education International, 24(2), Siry, C., A., & Lang, D. E. (2010). Creating participatory discourse for teaching and research in early childhood science. Journal of Science Teacher Education, 21, Tobias, J. M., & Ortiz, E. (2007). Using science to promote preservice teacher understanding of problem solving in mathematics. IUMPST: The Journal, 2, 1-7. Wilhelm, J. A., Smith, W. S., Walters, K. L., Sherrod, S. E., & Mulholland, J. (2007). Engaging pre-service teachers in multinational, multi-campus scientific and mathematical inquiry. International Journal of Science and Mathematics education, 6, Yesil-Dagli, U., Lake, V. E., Jones, I. (2004). Preservice teachers' beliefs about mathematics and science content and teaching. Journal of Research in Education, 21(2), Zhou, G., & Kim, J. (2010). Impact of an integrated methods course on preservice teachers' perspectives of curriculum integration and faculty instructors' professional growth. Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education, 10(2), Referentie Moore, F. M. (2007). Language in science education as a gatekeeper to learning: teaching, and professional development. Journal of Science Teacher Education, 18, Outhred, L., Farrell, J., & Cotter, K. (1996). How well do student teachers integrate science and mathematics concepts? A pilot study. Paper presented to Working Group 1 at the 8th International Congress on Mathematical Education, Seville, Spain. Pytash, K. E. (2013). Secondary preservice teachers' development of teaching scientific writing. Journal of Science Teacher Education, 24, Sadler, T. D. (2006). Promoting discourse and argumentation in science teacher education. Journal of Science Teacher Education, 17, Schleigh, S. P., Bossé, M. J., & Lee, T. (2011). Redefining Curriculum Integration and Professional Development: In-service Teachers as Agents of Change. Current Issues in Education, 14(3), en Van Zee, E. H., Jansen, H., Winograd, K., Crowl, M., & Devitt, A. (2013). Integrating physics and literacy learning in a physics course for prospective elementary teachers. Journal of Science Teacher Education, 24, Williams, N. L., Connel, M., White, C., & Kemper, J. (2003). Real boats rock: a transdisciplinary approach for teacher preparation, Action in Teacher Education, 24(4), Zhang, H. & He, H. (2012). Student perceptions of the integrated 'Science Education' major in some Chinese universities. International Journal of Science Education, 34(13), Vakgebied: science + en verschillende vakken (o.a. en/of )

8 In de studies waarin sprake is van een multidisciplinaire vorm van integratie, gebruikten lerarenopleiders dezelfde context of hetzelfde thema, om daarbinnen aan de doelen van het eigen vak te werken. Exemplarisch hiervoor is de werkwijze die wordt beschreven in Zhou en Kim (2010). Studenten werkten gedurende een semester aan verschillende vakken (science, rekenen-wiskunde, muziek), met als overkoepelend thema geïntegreerd onderwijs. Bij de vorm interdisciplinair ten slotte, werkten de studenten aan een vakoverstijgend probleem. In de studie van Tobiaz en Ortiz (2007) was sprake van de integratie van en science; studenten onderzochten welke factoren het zweefvermogen van vliegtuigen beïnvloeden. De wijze waarop het onderwijs is geïntegreerd, wordt niet in alle studies expliciet beschreven (bijv. Zhang & He, 2012). Daarnaast bezigen auteurs veelal termen voor de vorm van integratie, waarvan de conceptualisering niet altijd correspondeert met die van Gresnigt en collega's (2014). Er wordt bijvoorbeeld gesproken over interdisciplinair of transdisciplinair onderwijs, terwijl de beschrijving van de integratie erop duidt dat de vorm van integratie multidisciplinair was (bijv. King & Wiseman, 2001). Verder blijkt er in sommige studies sprake te zijn van meerdere vormen van integratie. Het onderwijsaanbod bestond dan uit meerdere opeenvolgende delen, waarbij in het eerste deel veelal nog in beperkte mate sprake was van integratie, bijvoorbeeld 'verbonden', en in daarop volgende delen verdergaande vormen van integratie werden toegepast, zoals 'interdisciplinair'. Paige, Lloyd, en Chartres (2008, p.27-28) beargumenteren een dergelijke opbouw als volgt: "We emphasize the need to be 'disciplinary ' before 'transdisciplinary ' in the three courses by focusing upon discipline specific aspects and identifying the epistemological commitments for each of the disciplines. When students are able to differentiate between the learning areas they are then able to integrate them successfully in their planning for learning assessment tasks for school placements". Effecten geïntegreerd aanbod In 14 studies is nagegaan in welke mate het geïntegreerde onderwijsaanbod op de lerarenopleiding positief heeft bijgedragen aan de vakkennis (bijvoorbeeld kennis van natuurkundige concepten) en vaardigheden (bijvoorbeeld argumenteren en redeneren) van aanstaande leraren. De toename van kennis en vaardigheden is in het grootste deel van de studies vastgesteld met behulp van een voor- en natoets. De scores van de studenten op de natoets zijn in alle studies significant hoger dan de scores op de voortoets. Enkel in de studie van Zhang en He (2012) zijn de resultaten negatief. In deze studie werd alumni gevraagd naar hun percepties over de mate waarin het geïntegreerde aanbod had bijgedragen aan de vakkennis en vakspecifieke vaardigheden. Naar het effect van een geïntegreerd leeraanbod op de PCK van aanstaande leraren, is nagenoeg geen onderzoek verricht. Enkel in de studie van Zhang en He (2012) wordt hierover gerapporteerd. Ook op dit punt oordeelden de alumni negatief. Het geïntegreerde aanbod heeft in de ogen van de oud-studenten weinig bijgedragen aan de ontwikkeling van hun PCK. In negen studies is nagegaan in welke mate het geïntegreerde onderwijsaanbod heeft bijgedragen aan de self-efficacy van toekomstige leraren. Daarbij is specifiek gekeken naar de selfefficacy ten aanzien van wetenschap en techniekonderwijs en in enkele gevallen ook naar de 60 Opbrengsten geïntegreerd wetenschap&techniekonderwijs op de lerarenopl. basisonderwijs

9 self-efficacy ten aanzien van rekenen-wiskunde. De gegevens over de self-efficacy van aanstaande leraren zijn in de meeste gevallen verkregen met behulp van gevalideerde testen, zoals de test 'personal science teaching efficacy'. Vooraf en na afloop van het geïntegreerde onderwijsaanbod werd de self-efficacy gemeten en in een aantal studies werd de geïntegreerde conditie ook met een traditionele conditie vergeleken. De resultaten van de studies lopen uiteen. In sommige studies (bijv. Moseley & Utley, 2006) blijkt de self-efficacy van studenten die de geïntegreerde leereenheid hebben gevolgd significant hoger dan die van de studenten die de traditionele variant hebben gekregen. In andere studies die vergelijkbaar waren van opzet (bijv. King & Wiseman, 2001), werden geen significante verschillen gevonden. Tot slot is in zeven studies onderzocht wat het effect van het geïntegreerde onderwijsaanbod is op de attitude van aanstaande leraren ten opzichte van geïntegreerd onderwijs. De attitude is in de meeste gevallen onderzocht met behulp van vragenlijsten en/of reflectieverslagen. In de meeste studies wordt geconcludeerd dat het geïntegreerde onderwijsaanbod heeft bijgedragen aan een positieve houding ten aanzien van vakkenintegratie. Zo gaven de aanstaande leraren in de studie van Zhou en Kim (2010) aan, dat zij door het geïntegreerde onderwijsaanbod beter zicht hadden gekregen op vakkenintegratie en er ook enthousiaster over waren geworden. De resultaten van de studie van Berlin en White (2012) suggereren echter, dat de positieve bevindingen genuanceerd moeten worden. In hun studie is de houding van aanstaande leraren ten aanzien van de integratie wetenschap en techniek met rekenen-wiskunde gemeten over een periode van drie studiejaren. De resultaten laten geen significant verschil zien tussen de mate waarin studenten belang hechten aan integratie aan het begin en aan het eind van de opleiding. Studenten zien vanaf de start van de opleiding het belang al in van integratie en blijven het belang er ook van inzien. Een significante verandering in de perceptie van de complexiteit van vakkenintegratie vond daarentegen wel plaats: naarmate aanstaande leraren vorderden in hun opleiding, realiseerden zij zich beter hoe complex en uitdagend integreren is. Aanbevelingen ten aanzien van een geïntegreerd aanbod In de studies worden verschillende aanbevelingen gedaan. De meest genoemde aanbeveling is dat studenten de kans moeten krijgen om vaak in de praktijk te oefenen met het integreren van onderwijs (bijv. Cady & Rearden, 2007). Dat wat aanstaande leraren Studenten moeten op de opleiding wordt aangeleerd, moet in de basisschool in de kans krijgen om vaak in de praktijk praktijk worden gebracht. De didactiek die wordt aanbevolen te oefenen met het om wetenschap en techniek met rekenen-wiskunde en/of integreren van op de lerarenopleiding te integreren, is de didactiek van het onderwijs. begeleid onderzoekend leren. In de meeste studies wordt aangeraden om studenten zelf een geïntegreerd aanbod te laten ervaren door 'hands-on/minds-on' activiteiten en door een wisselwerking tussen theorie en praktijk te bewerkstelligen. Met betrekking tot de rol van de lerarenopleiders wordt aanbevolen om de verschillende vakspecialisten op de lerarenopleiding gezamenlijk de geïntegreerde leereenheid te laten ontwikkelen, om het onderwijs gezamenlijk te geven (team-teaching) en tussentijds en nadien systematisch te reflecteren en zaken bij te stellen waar nodig. Tijdschrift voor Lerarenopleiders, 36(1)

10 Conclusie en discussie Onder meer vanwege de overladenheid van het curriculum op de lerarenopleiding wordt voorgesteld om wetenschap en techniek te integreren met de vakken en rekenen-wiskunde. In deze studie is de kennisstand met betrekking tot de integratie van wetenschap en techniek met en rekenen-wiskunde in kaart gebracht. Op basis van de resultaten kunnen een aantal conclusies worden getrokken. Een eerste conclusie is dat in de studies verschillende vormen van integratie zijn onderzocht. Alle vormen die zijn onderscheiden door Gresnigt et al. (2014) komen in meer of mindere mate in de studies voor. Ten aanzien van de effectiviteit wordt in bijna alle studies geconcludeerd dat een geïntegreerd aanbod positief bijdraagt aan de ontwikkeling van de vakkennis en vaardigheden. Over de effecten van een geïntegreerd aanbod op de ontwikkeling van de PCK, kunnen geen conclusies worden getrokken, omdat in slechts één studie hierover uitspraken worden gedaan. De geringe aandacht voor PCK kan te maken met de complexiteit van het meten ervan. Weliswaar zijn er verschillende (kwalitatieve) methodes ontwikkeld, maar deze zijn complex om toe te passen en de analyse van de gegevens is arbeidsintensief (Rohaan, Taconis, & Jochems, 2009). Voor wat betreft het effect van een geïntegreerd aanbod op de ontwikkeling van selfefficacy, zijn de resultaten niet eenduidig. In sommige studies wordt geconcludeerd dat het geïntegreerde aanbod een significant positief effect heeft op de self-efficacy, in andere studies worden geen verschillen gevonden. Tot slot kan worden geconcludeerd dat een geïntegreerd aanbod positief bijdraagt aan de houding van aanstaande leraren ten aanzien van vakkenintegratie. Op basis van de resultaten worden verschillende aanbevelingen in de studies gedaan voor het vormgeven en uitvoeren van een geïntegreerd aanbod op de lerarenopleiding. Volgens de studies is het belangrijk dat lerarenopleiders van de verschillende vakken nauw en intensief samenwerken tijdens zowel de ontwerpfase als de fase van de uitvoering en reflectie. Verder wordt benadrukt dat de leereenheid 'hands-on/minds-on' dient te zijn, er sprake moet zijn van een wisselwerking tussen theorie en praktijk, en aanstaande leraren in de onderwijspraktijk ervaring moeten opdoen met het verzorgen van geïntegreerd onderwijs. Op basis van de literatuurstudie kan geconcludeerd worden dat het integreren van wetenschap en techniek met en/of rekenen-wiskunde op de lerarenopleiding zowel haalbaar als effectief kan zijn, en dus aanbevelingswaardig is. Hierbij moet echter een belangrijke kanttekening worden geplaatst. De bestudering en vergelijking van de studies leverde de nodige zorg op over de methodologische kwaliteit ervan. Voor het merendeel van de studies geldt dat de bewijskracht - vanwege de opzet van de studies - laag is. Dat het bewijs in de studies 'zacht' is, betekent niet dat het onderzoek geen waarde heeft. De studies laten zien dat het integreren van wetenschap en techniek met en/of rekenen-wiskunde een potentieel doeltreffende aanpak is om de domeinkennis, PCK en self-efficacy van toekomstige leraren op het gebied van wetenschap en techniek te vergroten, en ze te leren vakken te integreren in de eigen schoolpraktijk. Om die reden wordt aan de pabo van Saxion een leereenheid ontwikkeld, waarin derdejaars pabostudenten leren hoe zij wetenschap en techniekonderwijs kunnen integreren met en. Vanuit het lectoraat wetenschap en techniek wordt onderzocht wat de bijdrage van de leereenheid is aan de ontwikkeling van de vakinhoudelijke kennis, PCK en self-efficacy van de aanstaande leraren. 62 Opbrengsten geïntegreerd wetenschap&techniekonderwijs op de lerarenopl. basisonderwijs

11 Beperkingen van de studie De studie kent een aantal beperkingen. Een eerste beperking heeft betrekking op de zoekstrategie. Bij de zoektocht in de elektronische databanken is gebruikgemaakt van verschillende zoektermen, maar mogelijkerwijs zijn er nog andere zoektermen waarmee relevante studies aan het licht waren gekomen. Daar komt bij dat er niet gezocht is naar grijze literatuur en ongepubliceerd onderzoek. De tweede beperking heeft betrekking op het identificeren van de vorm van integratie die is toegepast in de studies, deelvraag één. Identificatie bleek lastig vanwege de interpretatie van de indeling van Gresnigt en collega's (2014) en de summiere beschrijving in verscheidene studies. Andere manieren van ordenen zijn denkbaar. Referenties Aalderen-Smeets, S.I. van, Walma van der Molen, J.H., & Asma, L.J.F. (2012). Primary teachers' attitudes towards science and technology: towards a new theoretical framework. Science education, 96(1), Alfieri, L., Brooks, P. J., Aldrich, N. J., & Tennenbaum, H.R. (2011). Does discovery based instruction enhance learning. Journal of Educational Psychology, 103(1), Appleton, K. (2003). How do beginning primary school teachers cope with science? Toward an understanding of science teaching practice. Research in Science Education, 33, Appleton, K. (2008). Developing science pedagogical content knowledge through mentoring elementary teachers. Journal of Science Teacher Education 19(6), Basista, B., & Mathews, S. (2002). Integrated mathematics and science professional development programs. School Science and Mathematics, 102(7), Berlin, D.F., & White, A. L. ( 2009). A Longitudinal Look at Attitudes and Perceptions Related to the Integration of Mathematics, Science, and Technology Education. School Science and Mathematics, 112(1), Berlin, D.F., & White, A.L. (2010). Preservice Mathematics and Science Teachers in an Integrated Teacher Preparation Program for Grades 7-12: a 3-Year Study of Attitudes and Perceptions related to Integration. International Journal of Science and Mathematics Education, 8, Cady, J.A., & Rearden, K. (2007). Preservice teachers' beliefs about knowledge, mathematics and science. School Science and Mathematics, 107(6), Czerniak, C.M., Weber, W.B., & Sandman, A. (1999). A literature review of science and mathematics integration. School Science and Mathematics, 99, Davison, D., Miller, K., & Metheny, D. (1995). What does integration of science and mathematics really mean? School Science and Mathematics, 95(5), Foss, D.H., & Pinchbach, C. L. (1998). An interdisciplinary approach to science, mathematics, and reading: learning as children learn. School Science and Mathematics, 98(3), Furner, J. M., & Kumar, D. (2007). The mathematics and science integration argument: a stand for teacher education. Eurasia Journal of Mathematics, Science, & Technology Education, 3(3), Goodnough, K., & Hung, W. (2009). Enhancing pedagogical content knowledge in elementary science. Teaching Education, 20(3), Graft, M., van, & Kemmers, P. (2007). Onderzoekend en ontwerpend leren bij natuur en techniek. Basisdocument over de didactiek voor onderzoekend en ontwerpend leren in het primair onderwijs. Den Haag: Stichting Platform Bèta Techniek. Gresnigt, R., Taconis, R., Van Keulen, H., Gravemeijer, K., & Baartman, L. (2014). Promoting science and technology in primary education: a review of integrated curricula. Studies in Science Education, Harlen, W. (1997). Primary teachers' understandings in science and its impact in the classroom. Research in Science Education, 27(3), Kelly, C. (2001). Creating advocates: building preservice teachers' confidence using an integrated, spiral-based, inquiry approach in mathematics and science methods instruction. Action in Teacher Education, 23(3), Tijdschrift voor Lerarenopleiders, 36(1)

12 Keulen, H. van, & Slangen, L. (2010). Wetenschap en techniek versterken op de pabo. Tijdschrift voor Lerarenopleiders (VELON/VELOV), 31(1), King, K.P., & Wiseman, D. L. (2001). Comparing science efficacy beliefs of elementary education majors in integrated and non-integrated teacher education coursework. Journal of Science Teacher Education, 12(2), Kirschner, P.A., Sweller, J., & Clark, R.E. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: an analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching. Educational Psychologist, 41, Koirala, H.P., & Bowman, J.K. (2003). Preparing middle level preservice teachers to integrate mathematics and science: problems and possibilities. School Science and Mathematics, 145(10), Lam, C.C., Alviar-Martin,T., Adler, S.A., & Sim, J. B.-Y. (2013). Curriculum integration in Singapore: teachers' perspective and practice. Teaching and Teacher Education, 31, Mayer, R.E. (2004). Should there be a three-strike rule against pure discovery learning? American Psychologist, 59(1), Martin, M.O., Mullis, I.V.S., & Foy, P. (2008). TIMSS 2007 International Science Report. Findings from IEA's Trends in International Mathematics and Science Study at the Fourth and Eight Grade. Boston: Boston College, TIMSS & PIRLS International Study Center. Moseley, C., & Utley, J. (2006). The effect of an integrated science and mathematics contentbased course on science and mathematics teaching efficacy of preservice elementary teachers. Journal of Elementary Science Education,18(2), Osborne, J., & Dillon, J. (2008). Science education in Europe: critical reflections. London: Nuffield Foundation. Osborne, J., Simon, S., & Collins, S. (2003). Attitudes towards science: a review of the literature and its implications. International Journal of Science Education, 25(9), Paige, K., Lloyd, D., & Chartres, M. (2008). Moving towards transdisciplinarity: an ecological sustainable focus for science and mathematics pre-service education in the primary/middle years. Asia-Pacific Journal of Teacher Education, 36(1), Rohaan, E.J., Taconis, R., & Jochems, W.M.G. (2009). Measuring teachers' pedagogical content knowledge in primary technology education. Research in Science & Technological Education, 27(3), Sadler, T. D. (2006). Promoting discourse and argumentation in science teacher education. Journal of Science Teacher Education, 17, Techniekpact (2013). Nationaal Techniekpact Gedownload op 9 december 2013, van Turner, S., & Ireson, G. (2009). Fifteen pupils' positive approach to primary school science: when does it decline? Educational Studies, 36(2), Uum, M. van, & Gravemeijer, K. (2012). Wetenschap- en techniekonderwijs voor en door toekomstige leraren. Tijdschrift voor Lerarenopleiders (VELON/VELOV), 33(3), Verkenningscommissie wetenschap en technologie primair onderwijs. (2013). Adviesrapport wetenschap en technologie primair onderwijs. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Zhang, H., & He, H. (2012). Student perceptions of the integrated 'Science Education' major in some Chinese universities. International Journal of Science Education, 34(13), Zhou, G., & Kim, J. (2010). Impact of an integrated methods course on preservice teachers' perspectives of curriculum integration and faculty instructors' professional growth. Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education, 10(2), Zee, S. van der, Gijsel, M., & Doppenberg, J. (2014). Geïntegreerd onderwijs in wetenschap en techniek op de lerarenopleiding. Deventer: Saxion. 64 Opbrengsten geïntegreerd wetenschap&techniekonderwijs op de lerarenopl. basisonderwijs