Wat heeft het allemaal met elkaar te maken? De gesteentekringloop & systeem denken in 2 vwo.

Ontwerponderzoek: Paper 3- Onderzoeksinstrumenten Naam auteur(s) Vakgebied Titel Onderwerp Opleiding Doelgroep Sleuteltermen Links Bibliografische referentie Tessa van Mechelen, MSc. Aardrijkskunde Wat heeft het allemaal met elkaar te maken? De gesteentekringloop & systeem denken in 2 vwo. Ontwerponderzoek naar systeem denken in de gesteente kringloop en het beantwoorden van verklarende vragen Interfacultaire Lerarenopleidingen, Universiteit van Amsterdam 2 vwo Verklarende vragen, systeem denken, gesteente kringloop, integratie opdrachten, concept map Mechelen, T. van (2015). Wat heeft het allemaal met elkaar te maken? De gesteentekringloop & systeem denken in 2 vwo. Amsterdam: Interfacultaire Lerarenopleidingen UvA. Studentnummer 5616921 Begeleider(s) Beoordelaar(s) indien bekend J. van Drie, M. Booden M. Booden Datum 30 december 2015

Wat heeft het allemaal met elkaar te maken? De gesteentekringloop & systeem denken in 2 vwo. 1. Samenvatting van paper 1 Leerlingen in de onderbouw op Lyceum Sancta Maria hebben moeite met het beantwoorden van verklarende vragen. In Paper 1 is er onderbouwd gekozen voor het niet aan de slag gaan met toetsen/of taalvaardigheid, maar voor een focus op onderwijs gericht op systeem denken. Ontwerphypothese: als ik het probleem van verbanden kunnen zien te lijf ga met onderwijs gericht op het aanleren van systeem denken, zal het resultaat zijn dat leerlingen in klas 2 betere antwoorden zullen geven op verklarende vragen met betrekking tot de gesteentekringloop, Daarnaast zullen de deelnemende leerlingen meer gemotiveerd zijn voor de AK lessen dan leerlingen die het reguliere programma krijgen aangeboden. Ontwerpregels: o Leerlingen krijgen één les een introductie in het systeem aarde en de vier hoofdsferen om een kader te maken waarbinnen zij kunnen leren over systeem denken; o De leerlingen nemen deel aan een experiment om zelf de regels van een systeem te ontdekken; o Er is één les met onderzoekende elementen in de lessenserie over de gesteentekringloop; o De leerlingen nemen deel aan twee kennis integratie activiteiten; o Er wordt in alle lessen gerefereerd aan denken in een systeem en verbanden zien; o De leerlingen maken expliciet verbinding tussen minstens twee sferen (lithosfeer en hydrosfeer). Evaluatieopzet: er wordt een voor- en nameting verricht in een testgroep en controlegroep. Vier instrumenten meten de volgende drie variabelen: Vermogen om verklarende vragen te beantwoorden (instrument: verklarende vragen), vermogen tot systeem denken (instrumenten: stellingen & concept map), motivatie voor AK-lessen (instrument: vragenlijst). 2. Beschrijving van de onderzoeksmethode a. Onderzoeksontwerp: Er zijn 3 variabelen die gecontroleerd dienen te worden. 1; neemt het vermogen om verklarende vragen te beantwoorden meer toe in de testgroep dan in de controlegroep? Deze variabele op niveau van leerresultaat wordt gecontroleerd door de leerlingen vooraf en achteraf verklarende vragen te laten beantwoorden. 2; neemt het vermogen tot systeem denken toe? Alleen dan kan er een verband zijn tussen systeem denken en het beter beantwoorden van verklarende vragen. Deze variabele wordt gecontroleerd door de leerlingen stellingen voor- en achteraf voor te leggen en daarbij hun redenatie te noteren en het tweemaal maken van een concept map over de gesteentekringloop. 3; zijn de leerlingen meer gemotiveerd voor de AK lessen door de ontwerpregels te volgen en een nadruk te leggen op systeem denken dan wanneer er vooral uitleg boven op de methode wordt gegeven? Deze variabele wordt getest door een vragenlijst over de motivatie voor de AK les. De scores van de onderzoeksgroep en controlegroep kunnen op deze 3 variabelen met deze 4 instrumenten vergeleken worden, waarbij op het niveau van verandering per leerling wordt gemeten. Het onderzoeksontwerp is valide doordat er een voor- en nameting is, waardoor er een verandering in de tijd kan worden aangetoond, en doordat er een controlegroep is, waardoor het

verschil tussen de twee groepen in verandering in de tijd kan worden toegeschreven aan de interventie. b. Onderzoeksinstrumenten en verantwoording: Instrument 1: Verklarende vragen (Bijlage I). De ontworpen verklarende vragen zijn zo gemaakt dat de leerling kennis die voor hen in stukjes gebroken aangeboden wordt (verschillende hoofdstukken / paragrafen / verschillende leerjaren) aan elkaar moet knopen. Hierdoor richten de vragen zich op het vermogen van verbanden zien, meer dan aangeleerde verbanden reproduceren. In Bijlage II is het correctiemodel te zien, waaruit op te maken is dat de antwoorden niet worden ingedeeld in goed of fout maar zoals voorgesteld door Ben-Zvi Assaraf & Orion (2005) in mate of de antwoorden wetenschappelijk correct zijn en mate van compleetheid. Instrument 2: Stellingen met uitleg (Bijlage I). De leerling geeft van 3 typische gesteentekringloop stellingen aan of hij het er mee eens/oneens/weet niet is, wat hij vervolgens toelicht. Hierdoor kan er een onderscheid worden gemaakt tussen intuïtief correcte antwoorden en correcte antwoorden omdat de leerling de redenatie erachter begrijpt (Bijlage II). Kali et al. (2003) en Ben Zvi-Assaraf & Orion (2005) maken dergelijke stellingen met uitleg om systeem denken te testen en hebben het als instrument uitgebreid getest. 1 Instrument 3: concept map. Volgens Ben Zvi-Assaraf & Orion is dit een krachtig hulpmiddel om te zien hoe een leerling zijn kennis herstructureert. Novak & Cañas (2008) betogen dat een concept map voor verschillende doeleinden kan worden ingezet, waaronder het evalueren van leren 2. Daarbij heeft een concept map de focus op hoe een leerling de structuur en verbanden ziet tussen concepten (Ben Zvi-Assaraf & Orion, 2005, p. 528). Dit is specifiek interessant voor mijn onderzoek omdat ik wil dat de leerlingen beter worden in verbanden zien. De auteurs suggereren vervolgens dat het maken van een goede concept map een opbouw vraagt. Naar aanleiding van hun suggesties heb ik ook mijn leerlingen instructies gegeven hoe zij de concept map moesten opbouwen (zie Bijlage III). In het ontwerp van de auteurs hebben de leerlingen naast de meetmomenten, ook twee keer in de lessenserie de mogelijkheid om in duo s concept maps te maken. Van Zoomeren (2014) heeft in zijn onderzoek ook een opbouwende moeilijkheidsgraad van concept mapping ingebouwd. Wanneer de leerlingen de vaardigheid van concept mapping beheersen zal het als meetinstrument betrouwbaarder laten zien of zij systeem denken. Helaas, in de scope van mijn onderzoeksopzet is hier geen ruimte voor. Instrument 4: vragenlijst. Er is gekozen voor een vragenlijst omdat dit een eenvoudig instrument is om attitudes mee te peilen en omdat deze anoniem afgenomen kunnen worden en de leerling 1 Ben Zvi-Assaraf & Orion (2005) stelden dezelfde vragen en legden dezelfde stellingen voor in hun voor- en nameting. Dit heeft het voordeel dat het niet aan de moeilijkheid/thema van de vraag of stelling kan liggen of deze goed of fout wordt beantwoord. De auteurs hadden een voor- en nameting die een veel grotere periode uit elkaar lag dan ik in dit onderzoek kan verwezenlijken. Er kan in hun onderzoeksopzet vanuit worden gegaan dat het eerder voorgelegde ver naar achter is gezakt. Tegelijk is er een kans dat de leerling die aan het begin van een lessenserie een vraag heeft beantwoord en het antwoord niet zeker weet, in het vervolg opzoek gaat naar de kennis en juist hierdoor de vraag een tweede keer beter zal maken. Mocht ik de voor- en nameting binnen drie weken kunnen uitvoeren, dan is het nodig om zeer vergelijkbare maar niet dezelfde vragen en stellingen te maken voor de nameting. Met meer tijd tussen de metingen neem ik het voorbeeld van Ben Zvi- Assaraf & Orion over. 2 Volgens deze auteurs zoals genoemd in Van Zoomeren (2014) kan concept mapping ook ingezet worden om samenwerking te stimuleren, te leren leren, om beter te lezen, om kennis op te roepen en om kennis te construeren. Een nadeel van deze laatste twee effecten van concept mapping in het geval van mijn onderzoek is dat het uitvoeren van de voor- en nameting het leerresultaat van de controle- en testgroep zou kunnen beïnvloeden en daarmee het verschil tussen wel of geen interventie minder sterk maakt.

hierdoor eerlijker kan zijn over zijn motivatie (Bijlage IV). Omdat de motivatie tussen de testgroep en controlegroep wordt vergeleken, moeten de stellingen vrij algemeen van aard zijn (niet toegespitst op de interventie). De helft van de stellingen gaat over de eigen motivatie van de leerling (je best willen doen, er zin in hebben), de andere helft gaat over de ervaring van de leerling met de lessen (afwisselend, veel leren, uitdaging). De vijf motivatie items zijn zo gekozen dat er steeds een ander aspect van motivatie centraal staat. De keuze voor de vijf lesperceptie stellingen is gedaan vanuit mijn ervaring wat verschillen voor de leerling kunnen zijn tussen de reguliere lessen en de interventie lessen (wel of niet ruimte hebben om zelf iets te ontdekken etc.). Alhoewel de stellingen met een Likert schaal zijn te beantwoorden, is er geen test uitgevoerd om te kijken of de items in twee subsets voldoende samenhangend zijn om samen bij te dragen aan een score op variabelen (zoals gedemonstreerd bij goed geformuleerde items met Likert schaal door Andrich, 1978). Dit betekent dat er alleen een vergelijking tussen de gemiddelde scores op verschillende items gemaakt kan worden zonder deze op te tellen. c. Onderzoeksgroep: Ik vergelijk twee klassen die ik zelf lesgeef. In tabel 1 hieronder blijkt dat de groepen goed vergelijkbaar zijn in samenstelling. Tabel 1: onderzoeksgroepen samenstelling A2C testgroep A2D controlegroep Aantal leerlingen 29 27 Verhouding jongen / meisje 16 / 13 15 / 12 Aantal leerlingen zelfde AK docent in klas 1 5 4 Gemiddelde AK cijfer na 3 toetsmomenten 6,7 6,9 Range AK rapportcijfers 5,0 9,3 4,9-8,5 Aantal AK onvoldoendes (<5,5) op rapport 4 2 Aantal zwakke leerlingen (>2 onvoldoendes op eerste rapport) 5 5 d. Afname & Procedure: Alle onderzoeksinstrumenten worden integraal bij de hele klassen afgenomen. Echter, mogelijke afwezigheid van leerlingen (ziek, orthodontist etc.) op het afnamemoment zal betekenen dat gegevens van het specifieke instrument zullen ontbreken en vanwege praktische redenen niet op een ander moment zullen worden ingehaald. Het afnemen van de onderzoeksinstrumenten volgt na de uitleg dat de leerling er niet op beoordeeld wordt (geen stress zoals bij een summatieve toets), maar wel dat de klas vergeleken wordt met een andere klas (competitie als stimulatie om het zo goed mogelijk te doen). Omdat ik op individueel niveau meet worden de instrumenten in stilte afgenomen, als bij een toets. Eerst worden de vragen en stellingen (Bijlage I) afgenomen, als een nullijn in de voormeting de leerlingen krijgen hier 15 minuten voor. De concept map wordt de les hierop afgenomen, en de leerlingen krijgen hier 30 minuten voor. In de nameting worden deze drie instrumenten in één les uur afgenomen. Dit omdat het praktisch is en past bij de afsluiting van de leerstof en ook omdat ik verwacht dat de leerlingen hier nu sneller in zullen zijn omdat ze beter in het onderwerp zitten. Indien ze echt vlot werken leg ik ze dat uur ook de motivatiestellingen voor. Een andere optie is dat ik de leerlingen de motivatiestellingen voor leg na het maken van het SO. Een voordeel is dat het op deze manier mij geen lestijd kost, een nadeel daarvan is dat de perceptie van de lessenserie beïnvloedt wordt door de gevoelens die de leerling heeft over het gemaakte SO.

e. Data-analyse: De data wordt op papier vastgelegd en per leerling beoordeelt. Vervolgens wordt per leerling een regel aangemaakt in Excel waarin alle scores op de verschillende instrumenten zijn terug te vinden. Alleen de anonieme uitkomsten van instrument 4 worden hier niet in opgenomen. Voor de concept map staat hieronder (tabel 2) het evaluatiemodel. De scores worden vervolgens gemiddeld per klas waarbij de verschillende variabelen tegenover elkaar gezet kunnen worden en er met behulp van een t-toets vast gesteld kan worden in hoeverre de resultaten ook een product van toeval zouden kunnen zijn. Tabel 2: Voorbeeld analyse van een concept map Aantal items Dimensie in concept map Voormeting Nameting Voorbeelden 1. Begrippen met 0-2 verbanden 2. Begrippen met >2 verbanden 3. Begrippen uit de hydrosfeer 4. Begrippen uit de biosfeer 5. Begrippen uit de atmosfeer 6. Zinnen die een transformatie van materiaal of een relatie tussen systeem onderdelen weergeven 7. Correcte kringen Bronnen Andrich, D. (1978). Scaling attitude items constructed and scored in the Likert tradition. Educational and Psychological Measurement, 38 (3), 665-680. Ben-Zvi Assaraf, O. & N. Orion (2005). Development of System Thinking Skills in the Context of Earth Systems Education. Journal of research in science teaching, 42 (5), 518-560. Kali, Y., Orion, N., and Eylon, B. (2003). The effect of knowledge integration activities on students perception of the Earth s crust as a cyclic system. Journal of Research in Science Teaching, 40 (6), 545-565. Novak, J. D. & A. J. Cañas (2008). The Theory Underlying Concept Maps and How to Construct and Use Them. Technical Report. Pensacola: Florida Institute for Human and Machine Cognition. Zoomeren, D. van (2014). Orde in de leerstof scheppen. Amsterdam: Interfacultaire Lerarenopleidingen, UvA.

Bijlage I - Onderzoeksinstrument 1 & 2 Naam: Klas: Deel 1 verklarende vragen Beantwoord de onderstaande vragen zo goed mogelijk, in een hele zin zoals bij een toetsvraag op een proefwerk. 1. Leg uit waardoor het gesteente in jong gebergte sneller afslijt dan gesteente in een heuvellandschap. Er zijn meerdere verklaringen mogelijk. 2. Op plaatsen waar bergen ontstaan vinden we ook vaak vulkanen. Leg uit hoe dit komt. Deel 2 stellingen Lees de stellingen rustig door en kies of je het er mee eens of mee oneens bent. Leg vervolgens uit hoe je daar op komt. Leg ook bij weet niet uit waarom je het niet weet. Stelling 1: Het ontstaan van Nederland heeft niets te maken met de aanwezigheid van bergen. Eens / Oneens / weet niet (omcirkel) Uitleg: Stelling 2: Gletsjers kunnen dalen uitslijten. Eens / Oneens / weet niet (omcirkel) Uitleg: Stelling 3: De gesteentekringloop begint in jong hooggebergte. Eens / Oneens / weet niet (omcirkel) Uitleg:

Bijlage II Antwoorden & codering Onderzoeksinstrument 1 & 2 Deel 1 verklarende vragen 1. Leg uit waardoor het gesteente in jong gebergte sneller afslijt dan gesteente in een heuvellandschap. Er zijn meerdere verklaringen mogelijk. - Verwering gaat sneller in extreme klimaatomstandigheden / grotere temperatuurverschillen (vorstverwering, warm/koude verwering); - Erosie gaat sneller als een rivier harder stroomt doordat de bergen steiler zijn; Door verwering en erosie slijt het gesteente. Mogelijke scores: NS (not scientifically correct/geen antwoord/niet relevant) / PC (partially scientifically correct) / SC (scientifically correct) / SC+ (meerdere kloppende beweringen). 2. Op plaatsen waar bergen ontstaan vinden we ook vaak vulkanen. Leg uit hoe dit komt. - Bergen ontstaan waar twee platen tegen elkaar bewegen en hierbij opgeduwd worden. - Wanneer twee platen naar elkaar toe bewegen kan de ene plaat onder de andere duiken en smelten en als magma omhoog komen en een vulkaan vormen. Mogelijke scores: NS (not scientifically correct/geen antwoord/niet relevant) / PC (partially scientifically correct) / SC (scientifically correct) / SC+ (meerdere kloppende beweringen / zeer volledig antwoord). Deel 2 stellingen Stelling 1: Het ontstaan van Nederland heeft niets te maken met de aanwezigheid van bergen. Eens / Oneens / weet niet (omcirkel) Uitleg: Nederland is een delta opgebouwd uit sediment dat hier gekomen is met de rivieren vanuit hoger gelegen landschap. Sediment korrels maakten ooit deel uit van bergen. Alternatief: Nederland heeft allemaal sediment in de grond en dat is onderdeel van de gesteentekringloop en bergen maken daar ook onderdeel van uit, dus hebben bergen en het ontstaan daardoor met elkaar te maken. Stelling 2: Gletsjers kunnen dalen uitslijten. Eens / Oneens / weet niet (omcirkel) Uitleg: Gletsjers bewegen heel langzaam door zwaartekracht, smelten en aangroeien van ijs. Hierbij nemen ze stenen mee die samen met de druk van het ijs als een schuurpapier het gesteente af slijt. Stelling 3: De gesteentekringloop begint in jong hooggebergte. Eens / Oneens / weet niet (omcirkel) Uitleg: de gesteentekringloop gaat rond, er is dus geen begin of einde. Mogelijke scores: NS (not scientifically correct/geen antwoord/niet relevant) / IC (intuïtief correct, wel de goed optie gekozen, geen goede uitleg) PC (partially scientifically correct) / SC (scientifically correct)

Bijlage III: onderzoeksinstrument 3 concept map uitdeelblad Opdracht: Maak een concept map van de gesteentekringloop Stap 1: welke woorden (concepten) horen er allemaal bij? Maak een lijstje voor jezelf op een kladblaadje. Stap 2: maak paren -> welke woorden hebben met elkaar te maken? Zet deze bij elkaar in de buurt met een lijntje er tussen. Stap 3: Leg tussen de verschillende paren nog meer relaties. Trek meer lijntjes tussen de paren. Stap 4: Schrijf bij de lijntjes wat de relatie is.

Bijlage IV: Vragenlijst Deze vragenlijst gaat over je motivatie voor de aardrijkskunde lessen. Ik wil dat je hierbij denkt aan je motivatie de laatste periode, sinds we in het nieuwe hoofdstuk (Landschap) zijn. Je schrijft geen naam op het blad, het is dus anoniem en ik zal niet weten wie wat heeft ingevuld. Let op, sommige stellingen zijn positief geformuleerd en andere negatief, lees ze dus goed door. Dankjewel voor je eerlijkheid. Motivatie 1. Ik vind de AK lessen afwisselend. 2. Ik leer veel in de AK lessen. 3. Als ik in mijn rooster zie dat ik AK heb, dan heb ik daar best zin in. 4. In de AK les vind ik het moeilijk actief mee te doen. 5. Als ik iets thuis moet doen voor AK, dan heb ik daar geen zin in. 6. Hoe de AK les de afgelopen periode is gegeven, helpt mij om de stof uit het boek beter te begrijpen. 7. Tijdens de AK les kan ik ook zelf ontdekken hoe iets in elkaar zit. 8. Ik wil bij AK goed mijn best doen, meer dan bij de meeste andere vakken. 9. Ik vind aardrijkskunde een nuttig vak, ik heb er ook (later) iets aan buiten school. 10. Bij de lessen van AK word ik uitgedaagd, soms is het bijna te ingewikkeld. Toelichting: