Tijdschrift voor Didactiek der B-wetenschappen 10 (1992) nr.3
205
Boekbespreking Ontwikkeling in energie-onderwijs
A.E. van der Valk CD-B Press, Utrecht, 1992 Dissertatie, pp. 217 ISBN 90-73346-12-6
De dissertatie waarop Van der Valk op 27 mei 1992 te Utrecht promoveerde draagt als ondertitel: "Een onderzoek naar begripsontwikkeling bij VWO-leerlingen in realiteitsgericht natuurkundeonderwijs". Dit laatste betreft allereerst het curriculum met de naam PLON (Project Leerpakket Ontwikkeling Natuurkunde), dat voor MAVO/HAVO/VWO is ontwikkeld tussen 1972 en 1986, maar voor de bovenbouw VWO slechts ten dele is gerealiseerd. Het onderwijs bestaat uit praktijkgerichte "thema's" en vakstructuurgerichte "blokken". Dit onderzoek is toegespitst op begripsontwikkeling in de thema-blokcombinatie Energie/Arbeid en Energie. Daarnaast is in een tweede ronde ook begripsontwikkeling tijdens het gebruik van lesmateriaal in het kader van PBN (Project Bovenbouw Natuurkunde) onderzocht. De dissertatie vertoont een opbouw die langzamerhand voor de empirische didactiek uit Utrecht gewoon lijkt te worden. De inleiding omvat de positiekeuze en de onderzoeksvragen. De auteur plaatst het curriculum binnen een stroming uit de tachtiger jaren, het zogeheten Science, Technology and Society onderwijs. Het door Van der Valk beoogde realiteitsgerichte onderwijs wil nog meer dan in de begintijd van het PLON rekening houden met denkbeelden van leerlingen en gebruik maken van praktijksituaties aan de hand waarvan natuurkundige begrippen en relaties aan de orde worden gesteld. In de zogeheten blokken en thema's wordt gepoogd de wendbaarheid van deze begrippen te vergroten door toepassing ervan in een variatie van praktijksituaties. Ook wordt er aandacht gegeven aan de samenhang van begrippen in de natuurkundige vakstructuur. De onderzoeksvragen zijn erop gericht een proces van begripsontwikkeling te volgen: 1. Op welke wijze vindt tijdens het betreffende onderwijs een ontwikkeling van het energiebegrip bij leerlingen plaats en in hoeverre kan deze beschreven worden als een opeenvolging van een praktijkgerichte en een vakstructuurgerichte begripsontwikkeling?
206
Boekbespreking
2. In welke mate verandert de kwalitatieve wendbaarheid waarmee de leerlingen het energiebegrip gebruiken tijdens het thema resp. het blok? 3. In hoeverre kunnen de verbeteringen in kwalitatieve wendbaarheid verklaard worden door verandering in het gebruik van denkbeelden over energie en aldus in verband gebracht worden met de waargenomen begripsontwikkeling tijdens het onderwijs? In hoofdstuk 2 vindt een reflectie plaats op vak en vakonderwijs, in dit geval het energiebegrip in de natuurkunde, het schoolvak en het PLON curriculum. -Tevens wordt daar een overzicht gegeven van energiebegrippen in de leefwereld en denkbeelden van leerlingen over energie. Dan volgt een eerste onderzoek in hoofdstuk 3, d.w.z. er wordt aan het begin van het onderwijs en tijdens thema en blok via registratie en analyse van verbale uitingen van leerlingen, het zogeheten protokolonderzoek, gekeken naar de ontwikkeling van een energiebegrip en met name naar onderzoeksvraag 1. Van der Valk gebruikt hierbij als uitgangspunt voor protokolanalyse de categoriseringen van Duit en Ogborn. Eerstgenoemde onderscheidt aan energie de aspekten behoud, degradatie, omzetting en overdracht. Ogborn onderscheidt, teruggaande op historische wortels, energie als een behouden oorzaak/werking, als een behouden en bruikbaar iets en als een behouden mechanische grootheid. In het onderzoek wordt dan vervolgens onderscheid gemaakt tussen taaksituaties, dat zijn situaties waarin apparaten aan het werk zijn of brandstof wordt gebruikt, en situaties waarin "vanzelf verlopende" processen plaatsvinden zoals vallen of afkoelen. Hier krijgen met name de valsituaties de aandacht. Van der Valk onderscheidt energie als eigenschap van mensen, als werkingsvoorwaarde voor apparaten en als bruikbaar iets. De beschrijving van de begripsontwikkeling in het thema vindt dan plaats via de categorisering taak- en valsituatie en de categorieën werkingsvoorwaarde voor apparaten en bruikbaar (en behouden) iets. De voornaamste blokkade om het vakaspect energiebehoud te ontwikkelen blijkt gelegen in het karakter van energie als werkingsvoorwaarde. Op grond van onderzoeksresultaten aan dit bestaande onderwijs (de eerste ronde) wordt nu nieuw onderwijs ontwikkeld waaraan opnieuw protokolonderzoek wordt verricht: de 2e ronde. De begripsopbouw wordt nu nagestreefd via de achtereenvolgende taaksituaties: werkingsvoorwaarde voor apparaten, bruikbaar iets, behouden en bruikbaar iets, behouden entiteit. Daarbij worden onderwijsbeelden geconstrueerd die zo dicht mogelijk bij de denkbeelden van de leerlingen liggen: energie van bepaalde soort van bron naar ontvanger (bv. cv-ketel), weglekken van energie uit de te verwarmen
Verdonk
207
ruimte, (verwarmen en isoleren), apparaten als energieomzetters (boormachine, elektrisch apparaat dat arbeid en warmte levert), energieopslag, (waterspaarbekken, voertuig, zonne-energie), energievergelijking (slede op luchtkussenbaan, uitrijdende fietser). Deze energievergelijking heeft betrekking op arbeid en bewegingsenergie, op arbeid en potentiële energie en op arbeid, warmte en moleculaire energie. De resultaten in het tweede ronde protokolonderzoek worden geordend naar het functioneren van deze onderwijsbeelden, zowel bij de begripsopbouw door de leraar als bij de begripsontwikkeling van de leerlingen. Er blijken na deze tweede ronde nog twee kernproblemen in de begripsopbouw te resteren: (1) Waarom zouden 'natuurlijke' processen met energie te maken hebben? en (2) Hoe kan het dat een voorwerp of een systeem energie heeft? De onderzoeksvragen 2 en 3 tenslotte worden bewerkt in een vragenlijstonderzoek gericht op de kwalitatieve wendbaarheid van het energiebegrip, d.w.z. de mate waarin de leerlingen concrete redeneringen over energie kunnen herkennen en produceren in taak- en valsituaties. De vragenlijst is zowel aan het begin zowel als aan het eind van een thema- en blokperiode aan de leerlingen voorgelegd. Na beoordeling van de kwaliteit van de geconstrueerde vragenlijst en onderzoeksopzet blijken de resultaten van dit kwantitatieve onderzoek zeer goed overeen te komen met die van het daaraan voorafgaande kwalitatieve onderzoek. Ter afsluiting enkele evaluerende opmerkingen m.b.t. de waarde van dit proefschrift voor de didactiek als wetenschap en voor het natuurkunde onderwijs. Het proefschrift eindigt met een aanbeveling om ten aanzien van de opbouw van een energiebegrip een 'tussengezichtspunt' tussen dat uit de leefwereld en de vakstructuur in te brengen. - de leefwereld met energie nodig voor een gedwongen proces; - een tussengezichtspunt, nl. natuurlijke processen hebben ook iets met energie te maken; - de vakstructuur met energie als een behouden, abstracte grootheid. Een dergelijke aanbeveling lijkt mij onvoldoende. Hoewel ik alle lof heb voor deze eerste poging om het energiebegrip in verschillende contexten ('leefwereld', maatschappij, natuurkunde) te analyseren is dit m.i. onvoldoende grondig gebeurd. Er is niet alleen betekenisverschil tussen energie in de context van leefwereld en maatschappij (bijv. verbruik) en die in de vakstructuur (bijv. behoud), maar ook binnen zo'n context kunnen betekenisverschillen worden aangegeven. Dit wordt zichtbaar in de toevoeging van bijvoeglijke of zelfstandige naamwoorden, bijv. elektrische energie en kinetische energie in
208
Boekbespreking
de context van elektriciteitsleer, resp. mechanica of energieoverdracht en energiebehoud in de context van transport, resp. thermodynamica. Verder zijn er relaties met begrippen zoals warmte, snelheid, arbeid, vermogen etc. (bijv.: in calorimetrische zin is er behoud van warmte, in thermodynamische zin met; kinetische energie kan een begrip zijn in een corpusculaire context, niet in een thermodynamische). Deze relaties laat ik hier echter nog buiten beschouwing. De gebruikte categorisering van Duit, met de vakaspecten degradatie en behoud staat daarmee echter wel ter discussie. De auteur had m.i. meer aandacht kunnen geven aan contextwisselingen en daarmee aan de betekenisveranderingen van energie. Verder, meer diepgaand onderzoek is in ieder geval gewenst. Ook t.a.v. de vakdidactische begripsvorming is een zekere globaliteit te bespeuren. Begrippen als praktijk- en vakstructuurgerichtheid, denk- en onderwijsbeeld, begripsontwikkeling en -opbouw, conceptualisatie en vakaspect worden slechts beperkt op hun houdbaarheid en bruikbaarheid beoordeeld. Laat ik dit toelichten aan het eerstgenoemde begrippenpaar. Praktijkgerichtheid kan slaan op het aanbieden van situaties zowel aan de beginneling als aan degene die zijn vakstructuur kan operationaliseren in de praktijk. De startpositie van de leerling wordt dan verward met het doel van het onderwijs. Gaat het nu om 'proto-fysisch' handelen van de leerling op weg naar natuurkunde of om rationeel handelen op basis van fysisch inzicht na genoten onderwijs? 'Vakstructuur' kan slaan zowel op een beschrijving van de begripsmatige opbouw van het feitelijk onderwijsaanbod als op een reconstructie daarvan vanuit het gezichtspunt van, in dit geval, de fysicus. Ook t.a.v. kader en methode van vakdidactisch onderzoek lijken enige kanttekeningen op hun plaats. De auteur zegt aan de hand van de vijf onderwijsleerprincipes van Treffers op het curriculum terug te kijken maar komt hierop verder nauwelijks terug. Ook op de gekozen combinatie van kwalitatief en kwantitatief onderzoek, die overigens beide vrijwel dezelfde resultaten opleveren, wordt niet nader gereflecteerd. De verwachting gewekt m.b.t. de beantwoording van onderzoeksvraag 2 wordt daarmee met ingelost. Van der Valk eindigt met de conclusie dat realistisch onderwijs in een thema-blok-structuur niet zonder meer een goede structuur bezit voor het nastreven van de ontwikkeling van een bruikbaar kernbegrip zoals energie. Deze conclusie wordt m.i. met gerechtvaardigd door zijn voorafgaande rapportage. Naar mijn mening kan begripsontwikkelingsonderzoek als produkt een onderzoeksmatig gefundeerde curriculumstructuur opleveren. Begripsontwikkelingsonderzoek binnen een niet onderzoeksmatig gefundeerde curriculumstructuur leidt dan tot een verandering van deze structuur en daarmee tot eisen te stellen aan een onderwijsaanbod dat de ontwikkeling van een energiebegrip moet bevorderen. Er is nu begripsontwikkelingsonderzoek in onderwijs
Verdonk
209
met veel afleiders beschreven. De vraag of de onderwijsdiscussie over thema en blok wel kan worden opgelost met begripsontwikkeling is nog even open als bij de formulering van onderzoeksvraag 1. Tenslotte: de dissertatie vormde voor mij een inspiratiebron voor verder onderzoek en onderwijsontwikkeling. Als eerste verkenning van een moeilijk terrein wil ik hem van harte bij de lezer aanbevelen. A . H . Verdonk CD-B, Vakgroep Chemie-Didactiek Universiteit Utrecht
