Standaarden en nieuwe ET

Standaarden en nieuwe ET • Uitgangspunten TOS21 Standaarden voor technische geletterdheid Binnen de matrix van dimensies en kerncomponenten ontwikkelt TOS21 in totaal 19 standaarden die omschrijven wat technische geletterdheid in Vlaanderen betekent

8

5

6

Projectmatig werk • Engineeringsproject – thematisch werken ontaardt vlug in een samenraapsel van inhoudselementen – een interdisciplinaire aanpak krijgt doelgerichtheid door introductie van projectmatig werken – systematiek in algemeen vormend engineeringsonderwijs moet gericht zijn op de koppeling met: • authentieke technische toepassingsgebieden • authentieke processen

– didactische structuur van een project (volgende dia’s)

Projectmatig werk • Engineeringsproject – Fase 1: kennismaking met project, toepassingsgebieden techniek (constructies, energie, transport, biochemie, informatie en communicatie), leefomgeving leerlingen … – Fase 2: onderzoeken en oefenen: samenhangende kennisopbouw in functie van het engineeringsproces – Fase 3: engineeringsproces met focus op ontwerpen, onderzoeken, keuzes maken, maken, gebruiken … – Fase 4: engineering en maatschappij - nadenken over het gebruik van techniek en wetenschap: o.a. effectenonderzoek

STEM en beleid • STEM-actieplan Strategisch plan STEM 2020: actieplan voor het stimuleren van loopbanen in wetenschappen (Science), techniek (Technology), Engineering en wiskunde (Mathematics), beschreven in een mededeling aan de Vlaamse Regering op 14 oktober 2011

STEM en beleid

STEM en beleid

STEM en projecten • PWO-project Arteveldehogeschool engineering

Praktijkgericht Wetenschappelijk Onderzoek

Onderzoeksvraag • Welke leeromgeving is er nodig om ‘engineering’ te implementeren in de eerste graad secundair onderwijs? • Aangezien we vertrekken vanuit een geïntegreerde en maatschappelijk georiënteerde visie op engineering, hebben we in het onderzoek oog voor volgende kenmerken: – integratie van de vakgebieden techniek, wiskunde en wetenschappen – hogere orde denkvaardigheden zoals creatief denken en systeemdenken – de maatschappelijke rol (sociaal, ecologisch, economisch) van ‘engineering’ – het zinvol gebruik van nieuwe media en materiaal

Integratie • Studenten beginnen met een ontwerpuitdaging • de vroege ontwerpfase mislukt, dit creëert een behoefte aan (wetenschappelijke) kennis • de kennis wordt verworven door te experimenteren en te lezen • de ontwerpopgave wordt hervat, met nieuwe wetenschappelijke kennis

0ntwerp Evalueer resultaat

Verbind met theorieën Veralgemeen resultaten

ONTWERP DIALOOG & OVERLEG

Analyseer resultaten

Zoek verklaringen

Test ideeën WETENSCHAP

aanpassing van Apedoe e.a. 2009

Integratie • Studenten beginnen met een ontwerpuitdaging; • de vroege ontwerpfase mislukt, dit creëert een behoefte aan (wetenschappelijke) kennis • de kennis wordt verworven door te experimenteren en te lezen • de ontwerpopgave wordt hervat, met nieuwe wetenschappelijke kennis





Zoek verklaringen



Integratie • Studenten beginnen met een ontwerpuitdaging; • de vroege ontwerpfase mislukt, dit creëert een behoefte aan wetenschappelijke kennis • de kennis wordt verworven door te experimenteren en te lezen • de ontwerpopgave wordt hervat, met nieuwe wetenschappelijke kennis





Zoek verklaringen



Uitgangspunten • Techniek is multidisciplinair: – Om problemen op te lossen -> inzet van ‘alles’ wat kan helpen bij het ontwerpen en maken van een systeem, omgeving …

Wat is het verschil tussen techniek en engineering?

Uitgangspunten • Techniek, wiskunde en wetenschap: – een voortdurende interactie

Uitgangspunten • Techniek, wiskunde en wetenschap : – een voortdurende interactie wetenschappers (wat en hoe onderzoeken? -> ifv onderzoeksvraag) <-> ingenieurs en technici (technisch ontwerpen en uitvoeren)

Uitgangspunten • Engineering – Google-resultaten

Uitgangspunten • Engineering: – Google-resultaten • veel tekenomgevingen, technische tekeningen, 3Dsimulaties en testomgevingen: • nieuwe zaken ontwerpen en testen is blijkbaar zeer belangrijk; • veel tandwielen …: engineering sterk verbonden met de harde sectoren; • complexe resultaten van engineering zoals grote constructies, vliegtuigen, robots …: het moet dus zeker over ingewikkelde en complexe systemen gaan; • white collar men wearing helmet: het is zeker een mannenactiviteit en … • …de bijhorende job van ingenieur wordt hooggewaardeerd

Uitgangspunten • Engineers

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen uit industriële, onderzoeks- en ontwerpomgevingen vertalen naar practica Een practicum is een didactisch vereenvoudigde simulatie van een levensechte werkwijze uitgaande van een concrete probleemstelling. Aan deze vereenvoudiging wordt structuur gegeven door opsplitsing in 5 (iteratieve) kenmerkende fasen of stappen

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • wetenschappen - wetenschappelijke werkwijze -> stappenplan onderzoek

onderzoek statisch systeem ‘emulsie’

onderzoek elektrische kring – logische poort

onderzoek grootheden in formule

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – onderscheid wetenschappen - techniek

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – onderscheid wetenschappen - techniek

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – wetenschappen – techniek - maatschappij

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • Wetenschappen en techniek: twee soorten onderzoek – opbouw samenhangende kennis in functie van het engineeringsproject – keuzebepalende onderzoeken tijdens het ontwerpen (functietabel) (aangevuld met materiaallijsten, simulaties …)

Uitgangspunten keuzebepalende onderzoeken

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • wiskunde: problemen oplossen door matematisering en dematematisering bv. bij vraagstukken

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten …

Uitgangspunten

Uitgangspunten


Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Programma van eisen -> concept » gedetailleerd beschrijven van de functie van het product in al haar aspecten leidt tot een programma van eisen (PvE) » lijst van alle randvoorwaarden en eisen waaraan het product moet voldoen en » eigenschappen die het product moet bezitten om te voldoen aan de behoeften

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Programma van eisen -> concept: voorbeelden » ethische aanwending van producten: is het wenselijk dat bepaalde type wapens geproduceerd worden? » sociale overwegingen: zeer goedkope kledij in lageloonlanden door kinderen laten vervaardigen?

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Programma van eisen -> concept: voorbeelden » ethische aanwending van producten » sociale overwegingen » milieu: de invulling van de behoefte is erg milieubelastend » esthetische en cultuurhistorische randvoorwaarden

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Programma van eisen -> concept – Oplossingen bedenken en kiezen -> ontwerp » nu kunnen ontwerpers nadenken over mogelijke oplossingen voor het ontwerpprobleem » nu moeten zoveel mogelijk nieuwe en creatieve ideeën komen: hier passen we het creatief proces toe met zijn creativiteitstechnieken

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Programma van eisen -> concept – Oplossingen bedenken en kiezen -> ontwerp » twee belangrijke ontwerpactiviteiten zijn: 1. bepalen van de hoofd- en deelfuncties 2. het kiezen van de fysische en chemische processen per deelfunctie

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Oplossingen bedenken en kiezen -> ontwerp

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – Oplossingen bedenken en kiezen -> ontwerp

ontwerp afvalcontainertje voor op de fiets


Uitgangspunten


Uitgangspunten

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – We bespreken de procesbepaling (stap 2) via de methode van de 5 M’s: • Middelen: welke gereedschappen en machines hebben we nodig? • Methode: processchema’s (flow-chart, bewerkingsschema, routeschema, fabricageschema) - proceseisen (tempo, timing, afvalbehandeling, veiligheid, ….)

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – We bespreken de procesbepaling (stap 2) via de methode van de 5 M’s: naast Middelen en Methode: • Mens: wie moet welke activiteiten uitvoeren en welke instructies moeten de personen krijgen? • Materiaal: welke grondstoffen, hulpgrondstoffen, onderdelen, … zijn er nodig?

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … – We bespreken de procesbepaling (stap 2) via de methode van de 5 M’s: naast Middelen, Methode, Mens en Materiaal: » Milieu: in welke werkomgeving moet de productie gebeuren en binnen welke omgevingsvoorwaarden (ruimte, licht, geluid, ventilatie, afval, …)

maken van yoghurt: stap 2 – proces bepalen (5 M’n)

maken van yoghurt: stap 5 – proces evalueren (5 M’n)


levensechte opdracht

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … - Een ecosysteemdienst is een dienst die door een ecosysteem (duin, bos, polder …) aan mensen wordt geleverd: - een product (bv. drinkwater) - een regulerende dienst (bv. bestuiving van gewassen) - een culturele dienst (bv. gelegenheid geven tot recreatie) … nog verder te - een ondersteunende dienst (bv. de kringloop van nutriënten exploreren … in een ecosysteem)

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs – reële processen vertalen naar practica: • techniek: systeemonderzoek, ontwerpen, maken, logistiek, gebruiken, ecosysteemdiensten … - afwegen technische realisatie

ecosysteemdienst bv. …

- natuurlijke beekvallei als overstromingsgebied vs. technische oplossing door de bouw van een spaarbekken, stroomopwaarts de rivier

Uitgangspunten

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide goed verbonden (strepen) verzameling van vakbegrippen (ovalen) hechte verbanden (gestippelde lijnen) tussen de kennispiramide en de ‘werkelijkheid’

Kamp, M. & Vogelezang, M. (2014). De zwevende piramide. Tijdschrift voor lerarenopleiders 35(3) 2014 – Velon, Velov.

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide abstracte begrippen top: systeem tussenin: dynamisch en statisch systeem, deelsystemen basis: elektrische motor, LED, luidspreker … omhulsel, verpakking, taart … bijna concrete begrippen

basis: elektrische motor werkelijkheid: een specifieke elektrische motor

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide

pijlen geven weer dat: - kennis wordt gevormd in wisselwerking met de werkelijkheid - waarnemen is theoriegebonden

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: kennispiramide begrippen staan nogal los van elkaar

weinig verbinding tussen de kennispiramide en de werkelijkheid

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: problemen van leerlingen in bèta-vakken – zie zwevende piramide – kennis is niet als een samenhangend geheel geleerd en opgeslagen -> ‘feitjeskennis’ – ‘kennisgebouw’ is niet of te weinig verbonden met de ‘werkelijkheid’ -> ‘schoolse kennis’

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: versterken van de verbinding kennisbasis en werkelijkheid – elk engineeringsproject opstarten vanuit de eigen belevingswereld van de leerlingen – leerlingen herkennen het geleerde in de reële belevingswereld – boeiend beeldmateriaal in leerwerkboeken kan hierbij helpen! – systeemonderzoeken

Uitgangspunten • Levensecht (authentiek) engineeringsonderwijs: versterken van de verbinding kennisbasis en werkelijkheid – levensechte processen ( onderzoeken, ontwerpen, maken …) vertalen naar practica (stappenplannen) – wisselwerking kennis engineering en maatschappij, milieu en natuur: effectenonderzoeken en reflectiemomenten -> leerlingen denken na over engineering en zichzelf (rollen, talenten, beroepen …)

Uitgangspunten • Enquiry-based learning – toepasbaar in elke probleemoplossende situatie • wiskunde: proces van mathematiseren en demathematiseren

Uitgangspunten • Enquiry-based learning – toepasbaar in elke probleemoplossende situatie • wetenschappen: wetenschappelijke werkwijze -> onderzoek verschijnselen

Uitgangspunten • Enquiry-based learning – toepasbaar in elke probleemoplossende situatie • techniek: – – – – –

onderzoek systemen ontwikkelen maakproces (5 M’n) ontwerpen: programma van eisen en functietabel logistiek: welk transportmiddel inzetten? ecosysteemdiensten: afweging ecosysteem <-> technisch systeem – effectenonderzoek

Uitgangspunten • Levensecht onderwijs • Enquiry-based learning • Systeemdenken: holistisch denken – Eindtermen TE: 1/3de -> techniek en maatschappij

Uitgangspunten

Uitgangspunten • Systeemdenken

3 P’s

Profit -> prosperity (welvaart)

Uitgangspunten • Levensecht onderwijs • Enquiry-based learning • Systeemdenken: effectenonderzoek

Uitgangspunten • Levensecht onderwijs • Enquiry-based learning • Systeemdenken: stap 5 onderzoek

Uitgangspunten • Systeemdenken: ecodesign – principes • ecodesign kadert binnen de overkoepelende term van duurzame ontwikkeling • definitie duurzame ontwikkeling (VN-commissie Brundtland, 1987: ‘de ontwikkeling van de maatschappij die voorziet in de behoeften van het heden zonder het vermogen van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen’

Uitgangspunten • Systeemdenken: ecodesign – principes • vertaling van duurzaamheid naar 3 elementen: de 3 P’s ecologische dimensie: Planet sociale dimensie: People economische dimensie: Prosperity (Profit)

(http://3blmedia.com/media/images/ppp.png )

Uitgangspunten duurzaamheid

Uitgangspunten • Systeemdenken: ecodesign – principes • ook rekening houden met levenscyclus product van grondstof tot afval impact product beperken

Uitgangspunten • Systeemdenken: ecodesign – sleutelthema’s duurzame ontwikkeling

Modellering engineering

Modellering engineering

Definitie engineering

Definitie engineering ‘het ontwerp onder beperkingen’ - de meest fundamentele beperkingen: wetten van de natuur - andere beperkingen zijn tijd, geld, beschikbare materialen, ergonomie, milieuregelgeving, maakbaarheid, herstelbaarheid, politieke overwegingen, mode …

‘Standards for K-12 Engineering Education’ (2010)

Definitie engineering • alle technische contexten / omstandigheden waarin processen, producten, systemen, diensten en omgevingen continu ontwikkeld worden • hierbij is creativiteit, gedefinieerd als divergerend en convergerend denken, een onmisbaar werkinstrument • tijdens dit ontwikkelingsproces worden alle noodzakelijke kennisbronnen en werkwijzen gebruikt maar wetenschappelijke en/of wiskundige kennis en werkwijzen worden steeds benut

Definitie engineering •deze technische contexten / omstandigheden zijn: • het ontwerp- of designproces van producten, systemen, diensten en omgevingen (ontwerper) - ecodesign • het ontwerpen uitwerkingsproces van voornamelijk onderzoeks-, maak- en logistieke processen (ingenieur, ontwerper productieproces, logistiek ontwerper) • het onderzoeken en afwegen van ecosysteemdiensten versus technische systemen en modelleren

Definitie engineering •deze technische contexten / omstandigheden zijn: • het uitwerken van de materiële, organisatorische en beheersmatige omstandigheden van deze processen (productieleider) • reflectieprocessen binnen een systeemdenken: het ontwikkelde proces, product, systeem, dienst of omgeving wordt getoetst aan diverse andere processen zoals ecologische, sociale en economische processen

Structuur van een engineeringsproject • projectstructuur

Structuur van een engineeringsproject • inzoomen op fase 3 techniekproject

aangevuld met: - materiaalfiches - formulefiches (wiskunde, fysica, chemie …) - simulaties

Voor de leerlingen

Voor de leerlingen

Voor de leerlingen

Voor de leerlingen

Voor de leerlingen

Stellingen geïntegreerd toepassen van wetenschap, wiskunde en techniek leidt tot verwarring bij de leerlingen … en zal dus geen (weinig) leerwinst of motivatie opleveren

Stellingen geïntegreerd toepassen van wetenschap, wiskunde en techniek is enkel goed voor knappe leerlingen

Stellingen secundair onderwijs (voortgezet onderwijs) en integratie van vakken gaan niet samen …

Stellingen … en bij deze integratie is techniek altijd de ‘dupe’ …

Stellingen bij STEM-onderwijs is techniek de ‘draaischijf’

Stellingen het is belangrijk dat 18-jarigen kunnen systeemdenken!

Standaarden en nieuwe ET

Recommend Documents