Lerarenopleidingen Science en Wiskunde/Rekenen

Lerarenopleidingen Science en Wiskunde/Rekenen

Een model om het aanleren van concepten in contextrijke projecten op de basisschool te versterken

Onderzoekend en ontwerpend leren (OOL) wordt in het Pabo-curriculum steeds belangrijker, mede door de invoering van het SLO kader Wetenschap & technologie in het basis- en speciaal onderwijs. Bij OOL gaan leerlingen vanuit hun eigen leefomgeving – vanuit problemen die zij zelf ervaren – op zoek naar antwoorden en oplossingen. Eén van de doelen van OOL is dat leerlingen tijdens de onderzoeks- en ontwerpprocessen inzicht krijgen in abstractere concepten, zoals zwaartekracht of geluidstrillingen. Dit wordt de concept-context benadering genoemd: het leren van concepten in een contextrijke omgeving. De vraag die in dit artikel centraal staat is: hoe zorg je ervoor dat leerlingen tijdens zo’n rijk, thematisch onderzoeks- of ontwerpproject werkelijk meester worden over die abstracte concepten? Uit het promotieonderzoek van Marja Ilona Koski (TU Delft) dat zij uitvoerde op basisscholen en Pabo’s bleek dat dat nog niet zo eenvoudig is. In dit artikel wordt een model gepresenteerd waarmee het aanleren van abstracte concepten in contextrijke projecten wordt versterkt.

De noodzaak van het model

Bij techniek en natuurwetenschap denken veel mensen aan werken met gereedschap, het maken van sommen, goochelen met formules en abstracte begrippen als zwaartekracht en het hefboomprincipe. Door ontwerpen, onderzoeken en probleemoplossen in specifieke contexten in het onderwijs centraal te stellen (door het nieuwe SLO kader), worden de exacte vakken in een nieuw perspectief geplaatst. Opeens gaat het niet om iets dat ver weg ligt, maar gaat het om iets betekenen voor mensen, problemen oplossen en creatief denken.

Hoewel deze benadering veel voordelen heeft, denk aan motivatie van leerlingen en de mogelijkheden om abstracte kennis te verbinden aan concrete situaties, is het in de praktijk niet altijd makkelijk voor lerarenopleiders en basisschoolleerkrachten om deze benadering succesvol te implementeren. Onderzoekers van de TU Delft hebben een model ontworpen dat de verbinding legt tussen de sociale context, concrete producten en abstracte kennis. In dit artikel worden de problemen bij concept-context onderwijs beschreven en hoe het drie-domeinen (3D) model kan worden gebruikt om dit onderwijs te verbeteren.

Wat is er belangrijk voor een opleider?

Bij ontwerpend leren moeten drie domeinen aan bod komen:

  • De sociale context waarin duidelijk wordt wat het probleem is en voor wie
  • Het concrete product als tastbaar, fysiek element
  • De abstracte theoretische concepten die als heuristiek dienen bij het ontwerpen en zorgen dat de werking van het product wordt begrepen

Uit het onderzoek van Koski blijkt dat de opleider deze domeinen met elkaar moet verbinden tijdens de ontwerpactiviteiten. Als dit onvoldoende gebeurt, komt het leren over concepten niet goed op gang. Het 3D-model biedt oplossingen hiervoor en stelt lerarenopleiders en leerkrachten in staat om op een effectievere manier onderwijs in onderzoekend en ontwerpend leren (OOL) te geven.

Wat kan een docent eraan hebben?

Met het 3D-model kunnen leerkrachten de ontwerpcyclus effectiever toepassen, omdat ze verbindingen tussen de drie domeinen weten te leggen. Dit bleek uit een kwalitatieve test bij twee leerkrachten (één ervaren en één beginnende leerkracht).

Het 3D-model

[collapsibles][collapse title=’3D-model om elementen in een leerproces te koppelen’]

Bij onderzoeken/ontwerpen in het onderwijs staat vaak alleen het concrete product centraal. Een gemiste kans, want door te vragen naar verklaringen voor de werking van het product – het waarom – kan je als leerkracht de aandacht richten op abstractere concepten. Als je de snaren ziet trillen en geluid hoort dan kan de leraar daarop doorgaan, vragen oproepen en uitleg geven over golven, frequenties en transmissie. Dat versterkt het leerproces. Toevoegen van de sociale context is ook noodzakelijk, hieruit volgen bijvoorbeeld de ontwerpdoelen. Om die reden is in het onderwijsmodel voor ontwerpend leren gekozen voor de drie domeinen sociale context, concreet object en abstracte kennis. Hieronder is het 3D-model ingevuld voor het ontwerpen van een muziekinstrument.

 

3D-model

In een ideale lesactiviteit (of serie van activiteiten) komen alle drie de domeinen in evenwicht voor. Dat evenwicht bewaren is niet eenvoudig. Dit zag Koski bijvoorbeeld bij het bouwen en testen van vliegtuigen. In de evaluatie door de begeleider en deelnemers ligt de nadruk op hoe ver het vliegtuigje komt (het concrete object) en veel minder op het verklaren (abstracte concepten). Door wel met een groep naar verklaringen te gaan zoeken, zullen deelnemers ontdekken dat veel factoren en concepten een rol spelen, zoals de ratio vleugellengte-breedte en het bernouilli-principe. Dit is vervolgens weer in te zetten als ontwerpheuristiek. Ook was de sociale context buiten beeld geraakt, terwijl het bij evalueren niet alleen gaat om de technische werking, maar ook om de tevredenheid van de gebruiker.

De onderzoekers vermoeden dat het verbinden van de drie domeinen het leerproces kan verdiepen en er zo meer inzicht in technische en natuurwetenschappelijke concepten ontstaat. Er zijn veel mogelijkheden voor het koppelen van de domeinen. Enkele van deze mogelijkheden worden beschreven onder Toepassingen van het model.

[/collapse]
[collapse title=’Toepassingen van het model’]

Elk domein kan als start van een ontwerpproject dienen. Wil je een leerling met een praktische inslag bereiken? Gebruik dan het concrete object als startpunt: demonstreer dat dit niet voldoet aan alle gebruikerswensen (sociale context) en schuif dan naar een ander domein. Voor een abstracte denker kan de theorie een ideaal startpunt zijn, terwijl een sociaal ingestelde leerling het beste bereikt kan worden door bij de gebruiker te beginnen. Ook het leggen van koppelingen kan in elke fase van een ontwerpproces. Een voorbeeld is de evaluatiefase. Tijdens het testen van het product kan de begeleider opnieuw de sociale context oproepen (wat zouden de gebruikers ervan vinden?) en inzoomen op de verklaringen (abstracte kennis).

 

Het model bewees ook op andere momenten zijn nut, zoals in een les waarin een technisch principe centraal staat. Een voorbeeld uit het proefschrift:

  • Tijdens het behandelen van constructies en hun stevigheid stond eerst een fiets centraal (concreet – en ook sociaal, want niemand wil door een fiets zakken)
  • Van daaruit ging het gesprek over de stevigheid van driehoeken versus vierhoeken (abstractere principes). Deze werden ook door de leerkracht gemaakt met rietjes en met de klas getest (opnieuw concreet)
  • Vervolgens vroeg de leerkracht iedereen om rond te kijken in het lokaal: waar zie je drie- of vierhoek constructies? Via een gesprek ontdekten ze dat de brooddoos (concreet) uit de minder sterke vierkanten was opgebouwd (abstracter principe)
  • Al evaluerend vonden de leerlingen dit geen probleem, omdat een brooddoos niet heel sterk hoeft te zijn (abstract-concreet-sociaal)

Het grote voordeel van het 3D-model is dat leerkrachten zich bewust worden van de mogelijkheid om tijdens een gesprek of activiteit er spontaan een ander domein bij te betrekken.
Leerkracht: “Het model hielp mij om theorie en praktijk te koppelen, speciaal in deze les. Elke keer als ik dacht dat opnieuw een connectie nodig was, gebruikte ik dat om de juiste vraag te stellen aan mijn klas”.

Hoewel meer onderzoek nodig is naar het leggen van koppelingen, geeft het 3D-model een goede richting voor het verbeteren van concept-context onderwijs.

[/collapse]

Verwijzingen

[/collapsibles]

Gerelateerde artikelen

ELWIeR en Ecent als één STEM