Een exploratieve studie naar de relatie tussen geïntegreerd STEM-onderwijs en STEM-vaardigheden op secundair niveau
dr. H. Knipprath ing. J. De Meester
STEM Science
Engineering
Technology
Mathematics
2
Overzicht • Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek • Geïntegreerde, abstracte STEM • Implementatie 1e graad • Post-test STEM-geletterdheid & STEM-attitude
3
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek Waarom zouden we een vernieuwde STEM-didactiek willen?
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek Het probleem • Groeiende industrie & economie snakt naar (hoog) opgeleide wetenschappers, technici, ingenieurs → groot tekort! • Kwantitatieve oorzaak: Instroom (VRWI, 2012) uit STEM-georiënteerde studierichtingen in SO HO
• Kwalitatieve oorzaak: te weinig STEM-skills 5
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek Hoe komt dat? • Ondanks veel STEM-georiënteerde studierichtingen in SO... • Ondanks goeie scores van onze leerlingen (PISA2012)... • ... hebben potentiële STEM-leerlingen gebrek aan motivatie voor STEM (ROSE, 2010)
• ... hebben potentiële STEM-leerlingen geen duidelijk beeld van STEM-studies en STEM-beroepen (ROSE, 2010) 6
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek “Ik kan persoonlijk invloed uitoefenen op wat gebeurt in mijn omgeving.” → antw.: (eerder) akkoord
??
“Wetenschap & technologie kunnen milieuproblemen oplossen.” → antw.: (eerder) niet akkoord
Relevantie van Wetenschap & Wiskunde is zoek bij jongeren
→ Kan dit aan onderwijs liggen? “Wetenschappen op school heeft me het belang van wetenschap voor onze manier van leven aangetoond.” → antw.: (eerder) niet akkoord 7
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek → Masterplan hervorming SO: – W & T moeten voldoende aan bod komen (basisvorming doorheen SO) – positieve beeldvorming m.b.t. W & T
→ STEM-actieplan: – aanbieden van aantrekkelijk STEM-onderwijs – aanpassen van het opleidingsaanbod – ... 8
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek Relevantie van Wetenschap & Wiskunde is zoek bij jongeren
→ De oorzaak (?): – scheiding van Wetenschappen & Wiskunde – geen link naar Technologie in Secundair Onderwijs curricula 9
Nood aan geïntegreerde STEM-didactiek En dus... moeten we jongeren aantonen dat STEM • een verschil kan maken voor problemen o zorgsector o milieu o energie
• in de praktijk interdisciplinair te werk gaat • niet alleen werken met de handen, maar ook het vermogen abstract te denken vereist 10
Geïntegreerde, abstracte STEM Didactische aanpak
Geïntegreerde, abstracte STEM Operationaliseren van Science, Mathematics in functie van Technology
• Wetenschappen maken gebruik van wiskunde • Wiskunde en Wetenschappen inzetten om technische systemen te beschrijven, ontwerpen, valideren… EEN PROCES, GENAAMD
&
geïntegreerd samenbrengen met
NGINEERING:
Geïntegreerde, abstracte STEM Een vernieuwde vorm van didactiek die • een brede algemene vorming biedt in Wetenschappen, Wiskunde & Techniek (STEM-geletterdheid)
• aandacht heeft voor de integratie van de S, T, E & M • de relevantie van STEM voor de maatschappelijke problemen laat zien (Essentieel in kader van gender probleem)
13
Geïntegreerde, abstracte STEM STEM-skills •
Inzicht hebben in en integreren van S, T & M – inhouden / – concepten
•
Erkennen van de relevantie van S, T & M
•
Modelleren van observaties, systemen en problemen Abstraheren & benaderen = werkelijkheid beschrijven m.b.v. wetenschap en wiskunde
•
Analyseren, interpreteren & voorstellen van gegevens o
Verschillende representatievormen: Grafieken, tabellen, trends, verbanden
•
Praktische vaardigheden, experimenten ontwerpen & uitvoeren
•
Logisch, algoritmisch redeneren: programmeren!
•
Samenwerken & communiceren o
teamwerk, presenteren, plannen
14
Implementatie 1e graad Voorstel: a.d.h.v. 3 leerlijnen
Nieuw initiatief: studierichting ‘STEM’ • Gestart door pionierschool in Vlaanderen • Een nieuwe studierichting ‘STEM’: Eerste jaar van Secundair Onderwijs (13-jarigen) • 3 h/week het vak ‘(geïntegreerde) STEM’ •
• 30 leerlingen 2 klassen • 6 meisjes, 24 jongens •
• 4 leerkrachten 2 leerkrachten/klas • verschillende opleidingen (ingenieurs, regenten wiskunde...) •
Implementatie in de 1e graad • Leerlijnen: Mechanica Programmeren Ontwerpen Wiskundige concepten in operationele vorm
Implementatie in de 1e graad Mechanica
av
∆ ∆
? ∆
18
av ∙ ∆
?
Implementatie in de 1e graad • Leerlijnen:
Algoritmisch denken
Programmeren
19
Implementatie in de 1e graad • Leerlijnen:
Ontwerpen Problem solving volgens vereisten en beperkingen & planning
20
Post-test STEM-geletterdheid & STEM-attitude
Onderzoeksmethode • 2 klassen met verschillend STEM-onderwijs: o
Moderne: • Vak ‘Natuurwetenschappen’ • Vak ‘Techniek’
o
STEM: • Vak ‘Natuurwetenschappen’ • Vak ‘Techniek’: meer ‘volledig ontwerpproces’-dimensie • Vak ‘geïntegreerde STEM’: mechanica, programmeren, gezondheid
• Posttest, na 1 jaar STEM-onderwijs, in: o
Moderne: STEM-attitude
o
STEM: STEM-geletterdheid en STEM-attitude
22
STEM-geletterdheid Cognitieve test: •
omgang met & vermogen te switchen tussen verschillende representatievormen (abstraheren & modelleren) bv.: grafiek ⇄ tabel, grafiek ⇄ fysische werkelijkheid
•
inzicht in S & M – concepten bv.: snelheid, helling van een grafiek …
•
Vraagstelling: open en gesloten vragen
•
Evaluatie: codeerschema met turven
STEM-geletterdheid
Waterniveau
Conclusies:
(cm)
Gesloten vragen, bv.:
• Leerlingen kunnen switchen tussen verschillende representatievormen (abstraheren & modelleren) • Leerlingen kunnen de transfer maken tussen M & S (integreren), maar hebben het moeilijk met pure M – context 1. Maak een tabel van de dataset. Verandert het waterniveau stijgende snelheid • 2.Meer introductie in pure Mmet – concepten dalende snelheid & meer oefening is vereist continue snelheid? 3. Stel de vergelijking op voor
. 24
63% slaagde 0% 30% 70% ∆ 30% steunde op def. ∆ 15% slaagde
STEM-attitude •
25 items (4-punts likertschaal) o
(a) gedachten: • • •
o
(b) gevoelens: •
o
de eigen gedachten over genderverschillen; vooruitgang in eigen kunnen; eigen opvattingen over het belang voor de samenleving; gevoelens van eigen plezier of interesse in STEM
(c) (voorgenomen) gedrag: •
eigen voornemens om later een baan in die richting te zoeken
• PCA: 5 schalen (Cronbach’s α .55 ~.86) • Attitude test: vrij uniek o meestal instrumenten met enkel focus op één dimensie
STEM-attitude Tabel 1. Significante effecten van geslacht, STEM-onderwijs en STEM-onderwijs gecontroleerd voor geslacht op de verschillende dimensies van STEM-attitude (lineaire regressie)
Geslacht (man) Relevantie
STEM-klas
STEM-klas, gecontroleerd voor geslacht
+
+
Leerwinst
+
+
Genderverschillen
+
Interesse
+
+
+
Beroepsintenties
+
+
+
26
STEM-attitude: interactie-effecten Conclusies: • De kloof tussen jongens en meisjes met betrekking tot beroepsintenties is groter in STEM dan in de moderne.
• Voor relevantie stellen we vast dat in de moderne jongens minder het belang inzien in STEM dan meisjes, terwijl in STEM de jongens meer dan meisjes het belang inzien.
27
STEM-attitude Conclusies: •
•
Jongens o
tonen meer interesse;
o
lijken meer zelfvertrouwen te hebben over hun leerwinst;
o
vinden vaker dat jongens beter in STEM zijn dan meisjes.
STEM-leerlingen o
tonen meer interesse in STEM;
o
vinden vaker dat STEM relevant is; (wanneer er gecontroleerd is voor geslacht)
o
•
vinden niet vaker dat ze leerwinst gemaakt hebben.
Maar de kloof tussen meisjes en jongens voor relevantie en beroepsinteresse is groter in de STEM-klas dan in de moderne! 28
Algemene conclusie • Een duidelijke relatie tussen geïntegreerde STEM, interesse en notie van relevantie maar de genderkloof lijkt te vergroten. • Wiskunde wordt gepercipieerd als conceptueel verschillend van de andere STEM-disciplines (S & T)
⟹ Wiskunde zou, naast geïntegreerd, nog steeds als apart vak moeten worden gegeven ⟹ Om meisjes tot STEM te blijven aantrekken, zijn andere benaderingen van belang (thema’s zoals ‘Gezondheid’)
