6 Samenhang. 6.4 Basisonderwijs Ed van den Berg

Transcriptie

1 6 Samenhang 6.4 Basisonderwijs Ed van den Berg Inleiding Sinds de eeuwwisseling worden Wetenschap en Techniek (W&T) en Onderzoekend en Ontwerpend Leren (OOL) met grote subsidies de basisschool in geduwd. Eindelijk, want we liepen flink achter op landen waar primary science al zo n vijftig jaar belangrijk is (VS, UK) en op een land als Zweden dat sinds de jaren 90 van de vorige eeuw systematisch programma s voor elementary science heeft ontwikkeld en ingevoerd. In deze paragraaf gaan we achtereenvolgens in op de doelen van het vak W&T op de basisschool, op wat er in de klas gebeurt en op wat kinderen van die leeftijd kunnen. En ten slotte: als W&T echt werkelijkheid wordt in de basisschool, hoe passen we dan in het voortgezet onderwijs de onderbouwprogramma s aan? Onderzoekend leren bij W&T De juf had de avond tevoren besloten tot een activiteit over het classificeren van geluiden in groep 2 (leeftijd 5 jaar). Ze was onzeker of dat nu wel Wetenschap & Techniek was, maar uiteindelijk moest de knoop worden doorgehakt. Ze had allemaal filmbusjes, die zwarte cilindertjes waar vroeger je fotorolletje in zat. Die had ze gevuld met rijst, macaroni, bonen, steentjes, en allerlei andere voorwerpen. Van elke soort waren er twee busjes en de opdracht was om die twee dezelfde te vinden. Steijn had twee busjes en schudde ze bij zijn oren. Verschillend, zei hij. Maar toen kwam hij er achter dat hij het ene busje langs de lange as schudde en het andere langs de korte. Dus nog een keer Nog steeds verschillend. Busjes opengemaakt: beide macaroni. Hoe kan dat nu? Toen ging hij tellen. Dat deed hij door steeds een elleboogje macaroni van busje A naast een van busje B te leggen, volgende van busje A en volgende van busje B. Wat bleek? Er waren nog wat elleboogjes extra in busje A. Er was dus een oorzaak voor een iets ander geluid! Is dat onderzoekend leren? Nou, voor Steijn zeker. De onderzoeksvraag: zijn de geluiden hetzelfde of niet? Waarom niet? Hij ging op onderzoek uit en had daarbij blijkbaar impliciete vragen. Hij had natuurlijk geen idee wat een hypothese is, maar achtereenvolgens waren de hypothesen: 1) het komt door de manier van schudden getoetst resultaat is nee, 2) het komt door een verschillende inhoud getoetst resultaat is nee: allemaal macaroni, en 3) het komt door een verschillende hoeveelheid getoetst met Steijn s eigen manier van tellen resultaat is ja. En zo hebben we steeds een (impliciete) hypothese en een toets. Als dat geen onderzoeken is? Zou Steijn een expliciete onderzoeksvraag kunnen stellen? Misschien niet. Maar het gedrag spreekt boekdelen: hij zocht experimentele antwoorden op onderzoeksvragen. Figuur 1 Een voorbeeld van onderzoekend leren bij W&T in groep 2, geobserveerd en gefilmd door Vincent Dorenbos (destijds werkzaam bij het AMSTEL Instituut). W&T in de basisschool De argumenten voor W&T in de basisschool zijn bekend en denken wij onomstreden (Harlen & Qualter, 2014): De kennis van de natuur om ons heen en van door mensen ontworpen objecten en methoden (techniek) zijn belangrijke onderdelen van de wereld van volwassenen en kinderen. Wereldoriëntatie kan niet compleet zijn zonder natuurwetenschap en techniek. Kinderen verkennen de wereld om zich heen en het vak W&T vormt een natuurlijke match met die verkenningsdrift. Natuurwetenschap en techniek spelen een belangrijke rol in onze economie en in heel veel banen van de toekomst. Het is dus belangrijk voor zowel samenleving als kind dat kinderen kennismaken met en interesse ontwikkelen in W&T. Burgers worden geconfronteerd met veel politieke en persoonlijke beslissingen waarin kennis van natuur en techniek een rol speelt. Voorbeelden zijn milieuproblemen, energie, voeding en gezondheid. Scientific literacy is belangrijk voor burgers en kinderen. Het vak W&T is zeer geschikt om logisch denken te ontwikkelen, waaronder redeneren met begrippen en bewijsmateriaal (reasoning with concepts and evidence), en denken vanuit verschillende gezichtspunten. Deze argumenten sluiten goed aan bij de definitie van scientific literacy zoals geformuleerd door PISA: The capacity to use scientific knowledge, to identify ques-

2 tions and to draw evidence-based conclusions in order to understand and help make decisions about the natural world and the changes made to it through human activity. (OECD, 2003: p133). Kerndoelen Voor natuur en techniek in het Nederlandse basisonderwijs zijn kerndoelen geformuleerd zoals weergegeven in figuur 2 (SLO, 2009). 40 De leerlingen leren in de eigen omgeving veel voorkomende planten en dieren onderscheiden en benoemen en leren hoe ze functioneren in hun leefomgeving. 41 De leerlingen leren over de bouw van planten, dieren en mensen en over de vorm en functie van hun onderdelen. 42 De leerlingen leren onderzoek doen aan materialen en natuurkundige verschijnselen, zoals licht, geluid, elektriciteit, kracht, magnetisme en temperatuur. 43 De leerlingen leren hoe je weer en klimaat kunt beschrijven met behulp van temperatuur, neerslag en wind. 44 De leerlingen leren bij producten uit hun eigen omgeving relaties te leggen tussen de werking, de vorm en het materiaalgebruik. 45 De leerlingen leren oplossingen voor technische problemen te ontwerpen, deze uit te voeren en te evalueren. 46 De leerlingen leren dat de positie van de aarde ten opzichte van de zon, seizoenen en dag en nacht veroorzaakt. Figuur 2 Kerndoelen natuur en techniek in het basisonderwijs. Wat opvalt is dat sommige kerndoelen specifiek zijn (40, 41, 43, 46), en andere, zoals kerndoel 42, volstrekt vaag. Het geheel is nogal willekeurig. Wat moet een leerling kunnen en kennen? Wat inhoud betreft is het onmogelijk de kennis van brugklassers te voorspellen. Onderzoek wordt in kerndoel 42 benadrukt, maar wat houdt dat in? En dezelfde vraag geldt voor het in kerndoel 45 genoemde ontwerpen. Inmiddels is er een duidelijker visie op W&T-onderwijs ontwikkeld in de nota Wetenschap & Technologie in het basis- en speciaal onderwijs (SLO, 2014). Daarin worden drie categorieën leerdoelen nader gespecificeerd: houding, vaardigheden en denkwijzen, en kennis. Houding betreft onder andere het willen weten, kritisch zijn, willen begrijpen en willen innoveren. Vaardigheden betreffen aspecten van het onderzoeken en ontwerpen, zoals onderzoeksvragen formuleren, onderzoeksopzet bedenken, programma van eisen voor een ontwerp maken en verbeterpunten voor het ontwerp opstellen. Voorbeelden van denkwijzen zijn denken in oorzaak en gevolg en in vorm en functie, systeemdenken en patronen herkennen en ordenen. Heldere formuleringen van curriculumdoelen voor 4- tot 18-jarigen, leerlijnen en voorbeelden zijn te vinden in de documenten van de Next Generation Science Standards (NGSS, 2012) in de VS. Onderzoekend en ontwerpend leren Wereldwijd wordt al vijftig jaar gepleit voor inquiry based science teaching. Meestal wordt dat vertaald met onderzoekend en ontwerpend leren (OOL). In figuur 3 is weergegeven welk gedrag verwacht wordt van leerlingen die onderzoekend leren (Coe, 2000). Leerlingen stellen vragen 1. Ze stellen vragen verbaal en door acties. 2. Ze gebruiken vragen die hen leiden naar onderzoekjes en die op hun beurt leiden tot verdere vragen en ideeën. 3. Ze waarderen het stellen van vragen als een belangrijk onderdeel van science en vragen graag. Leerlingen gebruiken observaties 4. Ze observeren zorgvuldig, niet zo maar kijken. 5. Ze zien details, zoeken patronen, ontdekken volgorden en gebeurtenissen. Ze zien veranderingen, overeenkomsten en verschillen. 6. Ze maken connecties met de eigen voorkennis. Leerlingen plannen onderzoekjes en voeren ze uit 7. Ze ontwerpen een eerlijk experiment om hun ideeën uit te proberen en verwachten niet dat iemand anders ze vertelt wat ze moeten doen. 8. Ze plannen manieren om ideeën te verifiëren, uit te breiden of weg te gooien. 9. Ze voeren onderzoekjes en experimenten uit waarbij ze met zorg omgaan met materialen, observeren, meten en gegevens noteren.

3 Leerlingen stellen verklaringen voor en bouwen aan een eigen begrippenkader 10. Ze komen met verklaringen, zowel uit hun winkel aan voorkennis als op basis van ervaringen in eigen onderzoekjes. 11. Ze gebruiken onderzoekjes om informatie te krijgen voor hun eigen vragen. 12. Ze selecteren uit informatie en beslissen wat belangrijk is (wat wel/niet werkt). 13. Ze zijn bereid verklaringen aan te passen en staan open voor nieuwe ideeën (begrip bouwen). Leerlingen bekritiseren hun eigen W&T-werk 14. Ze creëren en gebruiken kwaliteitscriteria om hun eigen werk te evalueren. 15. Ze rapporteren en zijn trots op hun eigen kwaliteiten en identificeren wat verbetering behoeft. 16. Ze reflecteren op resultaten met volwassenen en medeleerlingen. Figuur 3 Het verwachte gedrag van leerlingen bij onderzoekend leren. Het in figuur 3 weergegeven gedrag van leerlingen is een concretisering van de leerplandoelen in de eerder genoemde SLO-publicatie. Onderzoekend leren kan gezien worden als didactiek om natuurwetenschappelijke inhoud te leren, maar ook als doel: leren onderzoeken/ontwerpen en leren redeneren met bewijsmateriaal en daarmee leren hoe de natuurwetenschap te werk gaat, iets leren over hoe in de natuurwetenschap kennis gegenereerd en gevalideerd wordt. Dat is een legitiem en belangrijk curriculumdoel van natuurwetenschappelijk onderwijs dat prominent in alle examenprogramma s staat, van vmbo tot vwo. Als didactiek kan OOL tot grote motivatie leiden, maar ook tot frustratie. Het kan kinderen eigen kennis en nieuwe perspectieven opleveren, maar stelt ook hoge eisen aan begeleiding en scaffolding door de leerkracht: Het proces van zelf onderzoek doen is een uitermate tijdrovende en inefficiente manier om aan kennis te komen. Maar elementen van doing science, mits goed gekozen, helpen om feiten en resultaten in het juiste perspectief te plaatsen. Een onderzoekende en ontwerpende didactiek is in dit kader essentieel, omdat alleen zo de eigen aard van door W&T ontwikkelde kennis recht gedaan wordt. (Van Keulen, 2009: p15). Kortom, voor overdracht van W&T-inhoud zijn veel lesmethoden beschikbaar, en OOL is er een van. Maar OOL is een unieke didactiek voor het leren onderzoeken en ontwerpen. Kunnen en doen kinderen dat ook, leren onderzoeken? Op elke leeftijd? Ja, kinderen kunnen veel meer dan wij denken zie bijvoorbeeld figuur 1 en 4. Nieuwsgierigheid en potentie voor redeneren en onderzoeken zijn aanwezig vanaf jonge leeftijd. Activiteiten op het gebied van W&T genereren vaak snel enthousiasme, maar er komt heel wat voor kijken om die redeneer- en onderzoeksvaardigheden systematisch verder te ontwikkelen en groepen van dertig kinderen echt iets te laten leren van die leuke activiteiten. Om W&T/OOL-onderwijs serieus te nemen, moet het mogelijk zijn om resultaten van dat onderwijs de onderzoeks- en ontwerpvaardigheden van leerlingen te meten. In een door het Platform bèta/techniek gesponsord programma zijn vijf teams bezig met ontwikkeling en onderzoek naar het meten van onderzoeks- en ontwerpvaardigheden. Deze projecten zullen uiteindelijk resulteren in een gereedschapskist met instrumenten die ook interessant is voor de onderbouw van het voortgezet onderwijs. Leerkrachten en W&T Net als in veel andere landen hebben de meeste basisschoolleraren in Nederland een zwakke W&T-achtergrond, zelden meer dan natuurkunde op het niveau van klas 3 vmbo/havo/vwo. Vaak hebben ze niet veel plezier beleefd aan formulegerichte natuurkunde. Ze hebben weinig zelfvertrouwen in het geven van W&T, vooral wat betreft natuurkunde en techniek. Wanneer ze eenmaal met enige begeleiding onderzoekende lessen uitproberen, dan werkt het enthousiasme van de leerlingen vaak aanstekelijk en motiverend voor de leerkracht en krijgen ze ook een ander beeld van wat natuurkunde kan zijn. Niettemin is er nog steeds het probleem van een overvol basisschoolcurriculum (andere vakken) en het concreet en meetbaar maken van leerresultaten van W&T/OOL-onderwijs. Lesmaterialen Er zijn heel veel losse activiteiten in omloop voor alle niveaus van groep 1 t/m 8 via websites als proefjes.nl en die van universitaire wetenschapsknooppunten en de SLO, al dan niet in combinatie met suggesties voor leerlijnen en een aanbod van

4 begeleiding. Daarnaast zijn er leerboeken van educatieve uitgevers. Eerst hingen die leerboeken als los zand aan elkaar, zonder leerlijnen, maar inmiddels is er enige verbetering zichtbaar. Er is ook een NVON-boek met leer/ontwerpactiviteiten voor 4- tot 14-jarigen plus enige vakdidactiek (Van den Berg et al, 2013). Te vaak zijn die losse activiteiten geschikt voor een les waarin je leerlingen leuk bezig kan houden, maar waarin ze weinig blijvends leren. Dat is anders in lessenseries waarin gedurende minimaal vier lessen systematisch wordt gewerkt aan begrips- en vaardigheidsontwikkeling (Damsma et al, 2015; Kruit, 2016). Er is echter nog weinig materiaal met complete leerlijnen. Leerkrachten moeten nu die leerlijnen nog samenstellen uit de chaos van beschikbare losse activiteiten en lessenseries. Er is wel veel en goed buitenlands materiaal met complete leerlijnen, zoals Nuffield Primary Science en het oudere Science Een laagdrempelige manier om leerlingen aan het redeneren en onderzoeken te krijgen is het gebruik van concept cartoons (Naylor et al, 2007). Deze cartoons kunnen gebruikt worden om preconcepties te diagnosticeren, om leerlingen aan het redeneren te zetten, maar ook om onderzoek te starten (Van den Berg & van der Veen, 2011; Van den Berg et al, 2013: p79-81). Een voorbeeld daarvan staat in figuur 4. Concept cartoons De opdracht aan leerlingen is om het verschijnsel in de cartoon nader te onderzoeken, daar eerst een voorstel voor te maken en dat (meestal in een volgende les) uit te voeren. Leerlingen vanaf 10 (en tot 18) jaar hebben onmiddellijk het vertrouwen dat ze dat wel kunnen en gaan aan de slag. Meestal zien we een grote variëteit aan ideeën en experimenten. Uitspraken van kinderen uit groep 7 en 8 in hun discussie over de cartoon, voordat ze gaan experimenteren: Annette: Ik denk dat een paperclip langzaam valt omdat hij licht is, maar als een paperclip heel zwaar is en hij is toch klein dan valt hij toch nog steeds wel snel. Margreet: Ik denk dat de paperclip niet klopt, want het geeft niet genoeg weerstand want het is niet massief. Een veertje en een blaadje gaan dwarrelen, maar een paperclip valt gewoon recht omdat ie niet plat en dun is. Piet: Het is wel waar, want een grote steen is zwaar en valt sneller. Dat zie je daar ook. Bilal: Die veer heeft een beetje ronde vorm, dan dwarrelt hij ook een beetje. Gert: Ik denk dat bij een grote steen en een kleine steen maakt het niet veel uit, want alleen bij het zinken gaat het sneller. Want eigenlijk is de lucht overal hetzelfde. Ik denk dat dan het niet echt veel uitmaakt wat sneller valt. Alleen bij het zinken maakt het uit, dan gaat de kleine steen, grote steen, ik weet eigenlijk niet welke, dan zit er een verschil tussen. David: Ik denk dat het uitmaakt hoe zwaar die is, ik denk dat het niet uitmaakt hoe groot die is. Hanna: Maar een grote steen, als die van binnen hol is

5 De begrippen vliegen over de tafel: licht, zwaar, massief, vallen, dwarrelen, snel, langzaam, weerstand, zinken De kinderen zijn duidelijk bezig met het heen-en-weer denken en redeneren tussen verschijnselen en begrippen. Dat soort van redeneren is de kern van natuurkunde en gebeurt veel te weinig in de klas. Direct na deze discussie gingen ze experimenteren, met stenen, met proppen papier, met verschillende vormen, en met een bak water. Er waren veel zinvolle experimenten te bedenken. Figuur 4 Een voorbeeld van het gebruik van een concept cartoon om kinderen aan te zetten tot redeneren en onderzoeken. Kennis en vaardigheden van brugklassers Het huidige curriculum voor het basisonderwijs met de eerder weergegeven kerndoelen maakt het onmogelijk om kennis en vaardigheden van brugklassers te voorspellen. De grote heterogeniteit in aanbod van basisscholen garandeert ook een grote heterogeniteit in brugklassers wat betreft natuurwetenschappelijke kennis en vaardigheden. Meer leerlingen dan vroeger zullen bekend zijn met het soort proefjes van de website proefjes.nl. Dat hoeft niet altijd een reden te zijn om deze proefjes in het voortgezet onderwijs te vermijden, maar neemt wel het verrassingselement weg. Enkele basisscholen zullen leerlingen afleveren die al een behoorlijke onderzoekservaring hebben en ingewijd zijn in het bedenken van onderzoeksvragen en experimenten en het geven van eenvoudige interpretaties van metingen. Bij verreweg de meeste basisscholen is dat nu nog niet het geval. Vanaf 2020 moeten alle basisscholen W&T/OOL hebben ingevoerd, en worden kennis en kunde van brugklassers mogelijk meer voorspelbaar. Dan kunnen ook leerlijnen, vooral wat betreft onderzoeken, worden doorgetrokken van primair naar voortgezet onderwijs. Primair en voortgezet onderwijs Hoe kunnen primair en voortgezet onderwijs elkaar van dienst zijn? Hieronder staan daarvoor enkele ideeën. Veel onderzoeksactiviteiten voor de basisschool zijn ook interessant en nuttig voor het voortgezet onderwijs. Neem bijvoorbeeld concept cartoons, of het bottenbeest, of proefjes van de website proefjes.nl, of materialen van Nuffield Primary Science en andere Engelstalige programma s. Vaak zijn onderzoekende activiteiten echt onderzoekender geformuleerd in programma s voor de basisschool dan in die voor het voortgezet onderwijs, waar oefenen met inhoud vaak prioriteit krijgt boven oefenen met onderzoek. Amerikaanse W&T-programma s voor de basisschool zoals FOSS, Insights en S&T for Children hebben interessante modules en leerlijnen voor de onderbouw voortgezet onderwijs, en ook een aantal Europese projecten heeft gewerkt op de interface van primair en voortgezet onderwijs. Leerlingen in het voortgezet onderwijs kunnen een interactieve sciencetentoonstelling organiseren met allerlei interessante proeven (Liem, 1987). In de voorbereiding kunnen deze leerlingen veel nuttige natuurkunde uit het onderbouwcurriculum leren. De tentoonstelling levert de motivatie om de begrippen echt goed te begrijpen in plaats van een zes te halen op een toets. Dit is tegelijk een mooie outreach-activiteit richting de basisscholen in de schoolomgeving. Leerlingen in het voortgezet onderwijs kunnen gastlessen geven in hun voormalige basisschool. Daar zijn inspirerende ervaringen mee (Wiggers, 2007; Van den Berg, 2014). Ook vmbo-ers kunnen zeer gemotiveerd raken en presteren in zo n gastles. Leraren in het voortgezet onderwijs kunnen telefonisch of per beschikbaar zijn voor inhoudelijke vragen van basisschoolleerkrachten en soms spullen uitlenen. Of een school voor voortgezet onderwijs kan een netwerk onderhouden met basisscholen in de omgeving. Het primair onderwijs heeft veel te bieden op het gebied van gedifferentieerd werken. Veel scholen hebben niet alleen de gehele breedte van een leeftijdsgroep in een klas, maar combineren zelfs jaarniveaus zoals groepen 1 en 2, of 3 en 4, of 7 en 8. Uit het voorgaande blijkt dat er al een jaar of vijftien heel veel gebeurt op het gebied van W&T/OOL in het basisonderwijs. De vooruitgang was langzaam, maar zit momenteel in een versnelling. In de toekomst zal het noodzakelijk worden om te werken

6 aan doorlopende leerlijnen van basisschool naar voortgezet onderwijs. Intussen kunnen het primair en voortgezet onderwijs ook veel van elkaar leren en elkaar ondersteunen. Literatuur Coe, M.A. (2000). The 5E Learning Cycle Model. Wichita Falls, Tx: Midwestern State University. Damsma, W., van Eijck, T., van Gelderen, J. & Snelder, E. (2015). Onderzoekende en ontwerpende lessenseries. Amsterdam: Pabo HvA. Harlen, W. & Qualter, A. (2014). The Teaching of Science in Primary Schools. London: Routledge. Kruit, P. (2016). Het ontwikkelen van onderzoeksvaardigheden bij kinderen op basisscholen in de groepen 6, 7 en 8. Amsterdam: Kenniscentrum Onderwijs en Opvoeding, HvA. Liem, T.L. (1987). Invitations to Science Inquiry. Lexington, Mass: Ginn Press. Naylor, S., Keogh, B. & Downing, B. (2007). Argumentation and primary science. Research in Science Education 37(1), NGSS (2012). Next Generation Science Standards. Washington, DC: The National Academic Press. OECD (2003). The PISA 2003 Assessment Framework. Paris: OECD. SLO (2009). Kerndoelen Primair Onderwijs. Enschede: SLO. SLO (2014). Wetenschap & technologie in het basis- en speciaal onderwijs. Richtinggevend leerplankader bij het leergebied Oriëntatie op jezelf en de wereld. Enschede: SLO. Van den Berg, E. & van der Veen, A. (2011). Onderzoeken op de basisschool?! NVOX 36(8), Van den Berg, E., Bom, P., Frederik, I. & Marell, J. (2013). Onderzoeken en ontwerpen met 4- tot 14-jarigen: Inspirerende praktijkvoorbeelden. Meppel: NVON. Van den Berg, E. (2014). De proefjeskist van Emy en Jamie. NVOX 39(3), Van Keulen, H. (2009). Drijven en Zinken. Wetenschap en techniek in het primair onderwijs. Sittard: Fontys Pabo Limburg. Wiggers, R. (2007). Kleuters in de klas. NVOX 33(6),