VWO biologie zonder scheikunde John Verspuij Studentnummer: 1220349 Master of education Deeltoets 2 OWPO Datum: 17 – 6 – 2013 Begeleiders: Ada Herwig & Birgitte van Rens
1
Inhoudsopgave Inleiding Achtergronden bij het onderzoek Verkenning van het probleem Onderzoeksvraag De interventies Onderzoeksinstrumenten en verwachte uitkomst Tijdspad Reflectie en discussie Literatuurlijst Bijlage 1: Onderzoeksinstrument : Duiding Bijlage 2: Onderzoeksinstrument: interview
2
3 3 6 10 11 15 16 19 21 23 27
Inleiding Dit verslag maakt onderdeel uit van mijn onderzoeksvoorstel betreffende leerlingen in de bovenbouw van het vwo die biologie hebben, zonder scheikunde. Dit is een onderzoek dat wordt uitgevoerd in het kader van de master of education biologie van de Hogeschool Utrecht. De doelstelling van dit onderzoek is verschillende interventies uitproberen die uiteindelijk resulteren in een lessenserie biochemie. De lessenserie zal dan aangeboden kunnen worden aan leerlingen vwo bovenbouw die in de toekomst biologie willen kiezen, maar geen scheikunde in hun pakket hebben. De doelstellingen van de lessenserie is deze leerlingen beter voor te bereiden op hun examen en op de toetsen waar biochemische concepten inzitten. Verder wil ik dat deze leerlingen met meer plezier en meer inzicht in de samenhang van de monovakken in de biologieles zitten. In het schooljaar 2012/2013 heb ik ervaring opgedaan met bovenbouw leerlingen vwo met biologie, zonder scheikunde. Deze leerlingen zaten in de vierde klas. Het viel mij op dat deze leerlingen slechter scoorden, dan leerlingen die wel scheikunde hadden. Dit geldt dan ook vooral voor de hoofdstukken waarin biochemische concepten een rol spelen, zoals celbiologie en DNA. Ik wil deze leerlingen graag helpen. Er passeren in het biologieprogramma van de bovenbouw van het vwo nog genoeg ingewikkelde biochemische onderwerpen de revue. Een voorbeeld hiervan is de citroenzuurcyclus. Mijn visie is dat alle leerlingen die voldoende gemotiveerd en geïnteresseerd zijn biologie moeten kunnen kiezen. Als er een groep leerlingen tussen zit die een zetje in de rug nodig heeft, zie ik het als mijn taak als docent om dat zetje te geven. Dit onderzoek is dan ook bedoeld om uit te zoeken hoe ik deze leerlingen het beste kan helpen. Achtergronden bij het onderzoek Ik en mijn beroep
Ik ben een beginnend docent op de bovenbouw van het vwo. Op de onderzoeksschool heb ik in het schooljaar 2012/2013 voor het eerst een vwo 4 klas gehad. Ik richt me erg op het vwo, omdat de Havo bovenbouw vergeven is aan andere docenten. Op het vwo komen er in de toekomst uren vrij. Ik hou ervan klassiek onderwijs te combineren met experimentele werkvormen. Ik sta bijvoorbeeld achter het concept-context onderwijs en probeer me dan ook te bekwamen in het ontwikkelen van modules hiervoor. De motivatie waarom ik dit onderwerp juist wil onderzoeken ligt in het feit dan ik vind dat biologie voor iedereen toegankelijk moet zijn. Natuurlijk is het zo dat biologie in de 3
bovenbouw een exacter karakter krijgt. Leerlingen die hier moeite mee hebben, maar bereid zijn een stapje harder te zetten moeten mijn inziens de kans krijgen biologie te mogen volgen (zie inleiding). Plaats en doelgroep
De onderzoeksschool is een grote school in midden Nederland. Er zitten op deze school 1500 leerlingen. De aangeboden niveaus zijn Havo en vwo (alle leerjaren) en het eerste leerjaar van het vmbo-tl. De school is een openbare school met een duidelijke regiofunctie. Biologie is een verplicht vak in het profiel natuur en gezondheid en het combinatieprofiel natuur en gezondheid/natuur en techniek. Biologie mag door de overige leerlingen gekozen worden als vrij vak. Op de onderzoeksschool wordt het onderwijs grotendeels op klassieke wijze aangeboden. De onderzoeksgroep zijn leerlingen uit vwo 4 en 5 die biologie hebben gekozen, maar geen natuurprofiel hebben. Deze leerlingen hebben dus geen scheikunde in hun pakket. Het is aannemelijk dat deze leerlingen goede ervaringen hebben met biologie in de onderbouw. Er is dus een zekere mate van interesse aanwezig. Aan het einde van vwo 3 is er op de onderzoeksschool een voorlichtingsronde. Leerlingen krijgen dan te horen wat een vak in de bovenbouw in gaat houden. Leerlingen worden bij biologie gewaarschuwd dat het vak een exacter karakter krijgt en dat er elk jaar leerlingen zonder natuurprofiel zijn die biologie kiezen en in de problemen komen. Elk jaar kiezen gemiddeld vijf leerlingen biologie, zonder dat ze een natuurprofiel hebben. Onderzoeksstrategie
Dit onderzoek betreft een actieonderzoek. Gedurende het onderzoek wordt er een alternatieve handelingswijze ontwikkeld en uitgeprobeerd: dit geldt als een interventie op de bestaande situatie die aan het einde geëvalueerd wordt (de Lange, Schuman & Montessori, 2011). De opzet van dit onderzoek sluit aan bij het kritisch-emancipatorische onderzoeksparadigma. Het gaat uit van een ongelijke situatie tussen leerlingen die wel scheikunde en leerlingen die geen scheikunde hebben. Kennis is altijd een weergave van de inzichten en belangen van de dominante groep (de Lange et al., 2011) en die dominante groep schrijft voor dat leerlingen voor het vak biologie biochemische concepten scheikundig moeten kunnen duiden. Veel actieonderzoek wordt gekenmerkt door een zekere mate van onvoorspelbaarheid als gevolg van turbulentie in de omgeving en verlangt van de actieonderzoeker een adaptieve en pragmatische houding ten aanzien van de aanpak en uitwerking van het onderzoek (de Lange et al., 2011). Dit houdt voor mij in dat ik de interventies flexibel moet houden. Als ik aan de slag ga met de onderzoeksgroep weet ik nog niet wat de grootste knelpunten zijn 4
binnen de biochemische concepten. Als ik tijdens de interventies een knelpunt signaleer waar ik geen rekening mee heb gehouden, moet ik daar aandacht aan besteden tijdens de volgende bijeenkomst. Aangezien mijn interventies bestaan uit lessen waarin ik kennis en denken aanleer moet ik hier van te voren al ruimte voor inbouwen (zie interventies). In zekere zin zitten er in mijn onderzoek ook elementen van een ontwerponderzoek. Na mijn onderzoek heb ik namelijk een product ontwikkeld als oplossing voor een probleem in de onderwijspraktijk. Tevens is het doel de kennis over de kenmerken van de interventies die gebruikt gaan worden te vergroten (de Lange et al., 2011). Het product wat ik ontwikkel is de uiteindelijke lessenserie. In mijn metingen moet naar voren komen waar ik in de interventies de nadruk op moet leggen. Deelvragen in mijn onderzoek zijn dan ook of leerlingen een stukje kennis missen of dat ze niet weten hoe ze op een scheikundige manier dat stukje kennis moeten benaderen (zie onderzoeksvraag). Betrokken personen
Naast de onderzoeksgroep, die natuurlijk belangrijke stakeholders zijn, hebben de bovenbouwdocenten vwo biologie op de onderzoeksschool belang bij dit onderzoek. Zoals het er nu uit ziet zijn volgend jaar twee docenten actief in de bovenbouw van het vwo: ikzelf en collega A. Deze collega zal de meeste uren in de bovenbouw draaien. Collega A is naast een stakeholder ook een kritische vriend. Ik zal zijn expertise van 35 jaar onderwijservaring gebruiken voor het ontwikkelen van de juiste interventies. Ik neem de interventies met hem door en hij zal ze van de nodige feedback en verbeterpunten voorzien. In het hoofdstuk verkenning vanuit de praktijk komt collega B voor. Deze collega gaat na schooljaar 2012/2013 met pensioen en zal helaas daarom geen deel meer uitmaken van dit onderzoek. Naast collega A speelt mijn leerteam op de Hogeschool Utrecht ook een rol als kritische vriend. In het bijzonder de twee medestudenten waar ik het meeste contact mee heb. Ik refereer aan deze twee kritische vrienden als studiegenoot A en studiegenoot B. Deze studiegenoten vraag ik advies bij de uitvoering en verslaglegging van mijn onderzoek. Privacyaspecten
De leerlingen die nu in vwo 4 zitten zijn alleen informeel benaderd (en hebben toegezegd mee te werken). De reden hiervoor is dat ik nog niet weet welke leerlingen volgend jaar in vwo 4 zitten. Ik wil het onderzoek beginnen in het schooljaar 2013/2014 met het benaderen van alle potentiele gegadigden. Toestemming van de school heb ik ook op informele wijze. Ik had een afspraak met de afdelingsleider van het vwo. Deze afspraak is verzet in verband met de 5
fraude van de examens. De afspraak is verzet naar maandag 24 juni. In de wandelgangen heb ik met deze afdelingsleider gepraat en voorlopige toestemming voor mijn onderzoek gekregen. Er wordt tijdens mijn onderzoek geen film of foto materiaal vastgelegd. Naar personen verwijs ik anoniem. Verkenning van het probleem Vanuit de praktijk
Ik heb in de loop van het jaar al gesprekken gehad met de leerlingen in kwestie. Hieruit blijkt dat leerlingen zelf ook signaleren en erkennen dat ze moeite hebben met biochemie. Een veelbetekenende opmerking was dan ook: “Als ik goed in scheikunde was geweest, dan had ik het wel gekozen.” De beweegredenen om voor biologie te kiezen waren dat het zo’n fijn vak in de onderbouw was. De leerlingen die ik gesproken heb moesten in de onderbouw een plaatje met onderdelen leren en een stukje tekst lezen om een voldoende te halen. Verder sloten de onderwerpen aan bij de belevingswereld en heerste er tevredenheid over de docenten die het vak gaven. Ik heb een kort interview gehouden met twee collega’s om erachter te komen hoe zij dit knelpunt ervaren hebben. Deze twee collega’s hebben samen 65 jaar ervaring met het geven van biologie in de bovenbouw van het vwo en zijn dus van onschatbare waarde bij het uitdiepen van dit soort onderwerpen. Ik refereer aan deze collega’s als collega A en collega B. Ik heb gekozen voor het semigestructureerd interview. Volgens Harinck (2010) heeft het semigestructureerd interview een onderwerp en een aantal hoofdvragen die aan de orde komen. Hieronder het interviewschema en de uitwerkingen.
Interviewschema: Biochemische concepten Inleiding: De onderstaande vragen zijn bedoeld om erachter te komen hoe collega’s leerlingen ervaren in het vwo bovenbouw met biologie, maar zonder scheikunde. Is er sprake van een probleem bij deze leerlingen? De b vragen helpen eventueel te verdiepen of door te vragen. Het interview zal ongeveer 10 minuten in beslag nemen en zal verwerkt worden in het verslag probleemverkenning en ingeleverd worden op de HU master of education.
1a Heeft u ervaring met leerlingen die biologie gekozen hebben, zonder dat 6
deze leerlingen scheikunde in hun pakket hadden? 1b Hoe deden deze leerlingen het in het algemeen? 2a Waarom denkt u dat deze leerlingen slechter scoren voor biologie? 2b Is het kennis of een manier van denken? 3a Wat kunnen we doen om deze leerlingen te helpen? 3b Extra les, afraden om biologie te kiezen?
Uitwerking interview collega B 4 april ’13 1 Ik heb zeker ervaring met deze leerlingen. Over het algemeen hebben ze het moeilijker, maar als ik er zo over nadenk hebben veel leerlingen in het begin het lastig. In de onderbouw maken we gebruik van biologie voor jou. Een methode die erg uitleggerig is. Bij nectar is dat toch anders. Dat vergt een andere manier van denken. De leerlingen die exacter ingesteld zijn kunnen deze kunnen deze overgang beter aan heb ik het idee. Er zijn inderdaad leerlingen die niet in een natuurprofiel zitten en blijven tobben tot het examen. Als er trouwens leerlingen zijn bij jou die er nu al veel moeite met scheikunde hebben kunnen zij hun borst natmaken. In de komende jaren zit dat er nog veel meer in. 2 In principe moeten ze in de vierde nog niet een gigantische kennisachterstand wat betreft scheikunde hebben. In de derde hebben ze verplicht scheikunde gehad en laten we ervan uitgaan dat leerlingen geen biologie kiezen als ze daar zwaar onvoldoende voor stonden. Of hun probleem de manier van denken is weet ik niet zo. Dat zou ik niet kunnen zeggen. 3 Je zou ze bijles kunnen geven in de loop van het vierde jaar, zodat de achterstand in ieder geval niet groter wordt. Ik heb daar vaker over nagedacht, maar er eigenlijk nooit wat mee gedaan. Ik vind wel dat het vak toegankelijk moet blijven voor iedereen die erin geïnteresseerd is.
Uitwerking interview collega A 5 april ’13 1 Elk jaar zijn er leerlingen zonder scheikunde in hun pakket en ja, deze hebben het moeilijker. Eigenlijk moet je het breder trekken dan dat. Die leerlingen hebben geen exact profiel. Naast scheikunde hebben ze ook geen 7
natuurkunde en wiskunde A in plaats van B. Deze leerlingen kunnen dus moeilijker exacter denken. 2 Ik ben ervan overtuigd dat het een denkprobleem is. We zouden ze wel wat bijlessen kunnen geven maar ik denk dat het onvoldoende is. Ik heb zelfs een CD van het SLO waar een bijspijkerpakket op staat voor leerlingen met biologie zonder scheikunde. Als we die geven en zeggen: werk dit even door, weet ik zeker dat het niet gaat helpen. Deze leerlingen moeten getraind worden in analytisch denken en niet schrikken als ze wat structuurformules tegenkomen. Die streepjes en die letters zijn wat dat betreft te abstract. Die zeggen deze leerlingen niets. 3 Helpen exacter te denken. Helpen ze te laten wennen aan biochemische concepten. Ze hoeven bij biologie niet te weten uit welke chemie een zeepje is opgebouwd. We moeten betekenis proberen te geven aan de biochemie en hoe die biochemie verantwoordelijk is hoe bijvoorbeeld lichamen op macroniveau werkt. We moeten ze leren dat verband te leggen en we moeten ze data leren analyseren. Hier komt natuurlijk ook een stukje kennis bij kijken, maar de nadruk moet leggen op hoe ze met die kennis om moeten gaan. Als ik mijn eigen ervaring en die van leerlingen en collega’s met elkaar vergelijk kom ik tot de conclusie dat er inderdaad een knelpunt bestaat. Leerlingen ervaren lesstof waar biochemische concepten in zitten als lastig en mijn twee collega’s bevestigen dat deze leerlingen er meer moeite mee hebben dan leerlingen met een natuurprofiel. De overlap in de biologie met andere exacte vakken acht ik uit eigen ervaring minder groot en zal daarom buiten dit onderzoek gelaten worden. Vanuit de literatuur
In de literatuur vind ik meteen een goede aanwijzing over het bestaan van het probleem. Zo is in een interview met Sebastiaan Steenman, verbonden met de klachtenlijn van het Landelijk Aktie Komitee Scholieren, naar aanleiding van het vwo examen in bionieuws te lezen: “Er waren ook veel klachten over vragen 17,18,38 en 39, die waren veel te scheikundig. Daar hadden vooral leerlingen die biologie als keuzevak hebben, zonder natuurkunde en scheikunde, moeite mee.” (Tjaden, bionieuws, 2002). Het bovenstaande zegt natuurlijk al veel, maar mijn zoektocht door wetenschappelijke artikelen levert conclusies op van onderzoeken die al naar het onderwerp gedaan zijn. Dit is een probleem waar meer onderzoekers mee bezig zijn geweest. Zo is er bijvoorbeeld een verband tussen het huidige 8
rapportcijfer van de leerlingen en hun conceptuele begrip. Leerlingen die beter scoorden op de biochemische begripsvragen hadden een hoger rapportcijfer (Peters & Abma., 2012). Dit onderzoek toont dus aan dat leerlingen met een beter begrip hogere rapportcijfers hebben, maar dat hoeft niet te betekenen dat leerlingen zonder scheikunde slechter scoren, al is dat wel aannemelijk. Hetzelfde onderzoek biedt gelukkig uitsluitsel. Nog een conclusie is namelijk dat de begripsvragen uit de vragenlijst door leerlingen met scheikunde beter beantwoord zijn dan door leerlingen zonder scheikunde (Peters & Abma., 2012). Een onderzoek wat maar rakelings met mijn komende onderzoek te maken heeft, maar die ik toch wilde vermelden, omdat hieruit blijkt dat er in bredere zin over dit onderwerp wordt nagedacht, is het onderzoek betreft het samenwerken tussen de biologie en scheikunde secties. Het advies dat dit onderzoek in zijn conclusie geeft is dat er gekeken kan worden naar de correlatie van prestaties tijdens de vervolgstudie van leerlingen met de mate van samenwerking tussen de scheikunde en biologiesectie op hun middelbare school (ten Brink, Gieske, Pelzer & Winkelman., 2011). Hoewel de onderzoekers een dergelijk onderzoek niet verder uitwerken kunnen we aannemen dat er een verschil verwacht wordt. Dit geeft mijn inziens weer dat meer samenwerking tussen biologie en scheikunde leidt tot een meer scheikundige benadering van biologie en dat er betere prestaties verwacht worden. Van belang bij verder onderzoek is de vraag welke onderwerpen in het vwo curriculum biologie nu echt scheikundig van aard zijn en daarmee in de interventies van mijn onderzoek de aandacht verdienen. Ik kan dan ook kijken wat de overlap is met het curriculum van scheikunde. In het artikel afstemming van vakinhoudelijke begrippen tussen de bètavakken (Bessems, Buis & Dubois., 2005) is een handige lijst weergegeven. Deze lijst voeg ik toe als bijlage 1 aan dit document. De lijst laat zien dat er veel begrippen zijn die zowel bij biologie als bij scheikunde terugkomen. Leerlingen met scheikunde in hun pakket krijgen deze begrippen dus vanuit een scheikundige en een biologische benadering. De leerlingen met alleen biologie missen dus de scheikundige benadering en zijn daarmee in het nadeel, zoals het eerder beschreven onderzoek heeft uitgewezen (Peters & Abma., 2012). Ik heb met deze verkenning in de literatuur voldoende bewezen dat leerlingen met biologie zonder scheikunde het over het algemeen slechter doen dan leerlingen met scheikunde en dat een substantieel deel van het vwo curriculum bestaat uit biochemische concepten.
9
Onderzoeksvraag Mijn praktijk en literatuur vooronderzoek in ogenschouw genomen, ben ik gekomen tot de volgende onderzoeksvraag: Onderwerp:
VWO biologie zonder scheikunde
Onderzoeksvraag:
Hoe kan ik het begrip van biochemische concepten voor VWO leerlingen biologie, zonder scheikunde, verbeteren?
Deelvragen:
Kan extra kennis van de chemie bijdragen aan het biochemische begrip van leerlingen? Kan het trainen in denken bijdragen aan het biochemische begrip van leerlingen?
Teneinde:
Leerlingen beter voor te bereiden op het examen. Leerlingen beter voor te bereiden op toetsen met biochemische concepten. Leerlingen met meer plezier en met meer inzicht in de samenhang van monovakken in de biologieles te laten zitten.
Mijn bedoeling is dus om bij leerlingen meer begrip te kweken voor de biochemische concepten. Voordat ik interventies kan plegen, moet ik eerst meten hoe het bij individuele leerlingen ervoor staat. Ik wil beginnen met hun duiding te meten. Biochemische concepten kun je op twee manieren duiden: op een biologische of op een scheikundige manier. Als voorbeeld nemen we vet. Een leerling met een biologische duiding zou vet kunnen omschrijven als een brandstof die het lichaam voor een tijd onder de huid op kan slaan. Een leerlingen met een scheikundige duiding zal zeggen dat vet een organisch molecuul is die bestaat uit glycerol waaraan vetzuren zitten. Onderzoek heeft uitgewezen dat leerlingen die het concept vet vanuit allebei de invalshoeken kunnen benaderen beter scoren (Peters & Abma., 2012). Ik wil dus een verschuiving van de benadering teweeg brengen met mijn interventies. Ik ga ervan uit dat leerlingen zonder scheikunde een meer biologische benadering hebben. Dit kan ik meten met een vragenlijst. De bedoeling van mijn onderzoek is dat ik uitzoek welke interventie het succesvolst is en dat de school daarna hier actief beleid op maakt. Voorbeelden van interventies zijn de voor de hand liggende kennis interventie. Hierin krijgen 10
leerlingen bijscholing in de beginselen van de biochemie. Een andere interventie is het chemisch en exact denken trainen. De interventies Ik onderscheid in mijn onderzoek twee typen interventies: de kennis interventie en de leren denken interventie. Beide zijn erop gericht het begrip van biochemische concepten te vergroten en beide zullen deel uitmaken van de lessenserie. Elke interventie krijgt vier lessen toebedeeld. Ik begin met de kennisinterventie. Hierna volgen metingen of er verschuivingen hebben plaatsgevonden in de duiding van de biochemische concepten. Met duiding bedoel ik interpretatie (zie onderzoeksinstrumenten). Na de metingen volgt de leren denken interventie en dan de eindmetingen. Kennisinterventie
Tijdens de kennisinterventie maken leerlingen zich bekend met de beginselen van de biochemie. De belangrijkste leidraad is voor deze lessen is unit 1 uit Biology (Campbell & Reece., 2002) en de cd-rom Chemie voor het leven (Morelis, 2002). Het is niet zo dat alleen het stampen van kennis centraal staat in deze vier lessen. Hij zal vooral gericht zijn op het cognitieve vermogen van leerlingen te stimuleren. Vanuit het cognitieve gezichtspunt wordt er van uit gegaan dat leerlingen informatie niet automatisch opnemen. Dit eist actieve verwerking. Hiervoor is nodig dat zij hun aandacht op de relevante informatie vestigen en dat zij de informatie structureren en in verband brengen met wat zij reeds weten (Boekaerts & Simons., 1995). Dit houdt voor mijn lessen in dat ik moet beginnen met het activeren van voorkennis en dat ik de leerlingen actief met elkaar met de stof bezig laat gaan. De eerste drie lessen zullen allen afsluiten met opdracht die ze met elkaar moeten maken. Les 1:
Oefening activering van voorkennis. De taal van chemie. Atomen: het fundament van het leven. De 11 chemische elementen die essentieel zijn voor biologische systemen (in het bijzonder koolstof doornemen). Les 2:
11
Hoe atomen moleculen vormen, voorbeelden van kleine moleculen; water en zuurstof (bindingen, teruggrijpen op koolstof de vorige les; koolstofskeletstructuur). Macro moleculen (nucleïnezuren, eiwitten en koolhydraten) Huiswerkopdracht koolhydraten (Schema laten maken aan de hand van diverse sites). Les 3:
Bespreken huiswerkopdracht Ionen en lading (voorbeelden uit de celbiologie) Water (oplosbaarheid) Les 4:
Invullen meetinstrumenten Ruimte voor vragen/misconcepten, herhalingen van lastige zaken. Door ruimte in te bouwen in les vier hou ik rekening met het karakter van een actieonderzoek. Als het nodig is kunnen de onderwerpen een lesje opschuiven. Ik beschouw beide onderdelen van de lessenserie als een dynamisch geheel, waarin leerlingen ook zelf de ruimte krijgen om aan te geven wat er behandeld gaat worden, ook dit past in het kader van een actieonderzoek. Het onderwijs dat ik geef in deze lessenserie moet zich ontwikkelen, enerzijds als case study naar verbetering en vernieuwing en anderzijds als een instrument voor professionele ontwikkeling (de Lange et al., 2011). Om een leerling betekenisvol scheikunde te laten leren is de voorkennis van de leerling van belang, maar evenzeer diens opvattingen over bijvoorbeeld de manier waarop leerinhouden geleerd moeten worden (van der Sande, 2007). De leren denken interventie wordt daarom flexibeler van aard dan de kennis interventie. Leerlingen krijgen zelf een stem in hoe deze lessen worden aangeboden. De lessen zullen in grote lijnen echter wel worden voorbereid. Het is de bedoeling dat deze lessenserie zich zo ontwikkeld dat in de toekomst leerlingen biologie, zonder scheikunde aan het begin van het vierde jaar deze minicursus biochemie verplicht volgen. De ontwikkeling van deze cursus draagt echter ook bij aan mijn handelen als docent in het algemeen. Het leren denken is iets wat ik nog weinig toepas in mijn lessen. De interventie leren denken is daarom een goede oefening voor mij. Leren denken interventie
12
De leren denken interventie zit anders in elkaar dan de kennis interventie. Natuurlijk komt er wel kennis bij deze interventie kijken, al dan niet al opgedaan bij de vorige interventie. Centraal staat het begrip transfer, het toepassen van kennis, begrippen en methoden uit het ene gebied op een ander terrein. Transfer is geen vanzelfsprekende zaak op mijn onderzoeksschool, sterker nog, de transfer van inzicht, kennis en vaardigheden naar een andere situatie dan waarin die is verworven is eerder uitzondering dan regel. Natuurwetenschappelijke concepten functioneren heel vaak niet in contexten buiten de school (van Streun, 2001). Om transfer een betekenis in mijn tweede interventie te geven begin ik les 1 met de 10 essentiële concepten, zoals die geformuleerd staan in het boek Chemistry for the Biosciences (Crowe & Bradshaw, 2010). Aan de hand van deze concepten geef ik een voorbeeld uit het dagelijks leven en vervolgens een voorbeeld uit de biologie. De 10 essentiële concepten staan geformuleerd onder les 1. Les 2 zal bestaan uit een complexe opdracht die de leerlingen met elkaar moeten maken. De bedoeling van deze opdracht is het weten waarom: principes, abstracties, overzicht en het weten over weten: reflecteren, monitoren, kennis over je eigen weten en aanpak te bevorderen (van Streun, 2001). In deze les zullen de leerlingen werken met analoge modellen van atomen en moleculen. Als deze modellen zo worden aangeboden dat de leerlingen zelf de kans krijgen deze te ontdekken en er zelf achter kunnen komen wat de modellen betekenen, hun begrip van abstracte concepten verbeterd (Harrison & Treagust, 2000). De opdracht zelf moet nog ontwikkeld worden, maar bovengenoemde elementen zullen hier een plaats in krijgen. Les 3 zal vooral gaan over modelmatig denken. Voor de ontwikkeling van het natuurwetenschappelijke denken, dat sterk leunt op het kunnen opstellen, gebruiken en vergelijken van modellen, is het van belang om al vroeg met de ontwikkeling van deze vaardigheid te beginnen (van Oers, 1988). Met modellen bedoel ik niet de analoge modellen van atomen en moleculen uit les 3, maar meer de geschreven modellen die gangbaar zijn in de natuurwetenschap. Het model wat ik aan bod wil laten komen is de flowchart. Leerlingen leren een flowchart te maken van een ingewikkeld biochemisch onderwerp. Ook deze les is nog niet ontwikkeld, maar bovengenoemde elementen zullen hier een plaats in krijgen. Les 1:
13
De 10 essentiële biochemische concepten die een bioloog dient te weten. 1. Kleine eenheden sluiten zich bij elkaar aan om grotere, complexere structuren te vormen. 2. Een kleine variatie kan leiden tot grote diversiteit. 3. De samenstelling bepaald de fysieke vorm; de fysieke vorm bepaald de functie. 4. Een object heeft een simpele basisstructuur en aanvullende fysieke kenmerken om functie te geven. 5. Liever stabiliteit, dan instabiliteit. 6. Verandering heeft beweging nodig. 7. Verandering heeft energie nodig. 8. Sommige processen gebeuren makkelijker dan andere; sommige processen hebben een zetje in de rug nodig. 9. Een verandering kan weer teruggedraaid worden. 10.Verandering kan gebeuren in verschillende snelheden. Les 2:
Werken met een analoog model van atomen en moleculen. Doel: zelf ontdekken, overleg, weten waarom en weten van weten. Les 3:
Leren modelleren. Doel: complexe biochemische informatie ordenen in een overzichtelijk model. Les 4:
Invullen onderzoeksinstrumenten en eventuele uitloop van de lessen hierboven. Een lessenserie beschouw ik als een kansrijke interventie. Leerlingen van de onderzoeksschool zijn gewend om klassikaal les te krijgen en hoeven dus niet aan de interventie op zich te wennen. De lessenserie heeft nog geen verplicht karakter. De leerlingen die nu in het vierde jaar zitten heb ik al benaderd en hebben toegezegd de lessenserie te zullen volgen. Daar was weinig overtuigingskracht voor nodig. Deze leerlingen zien zelf ook in dat ze wel een duwtje in de rug kunnen gebruiken.
14
Hoeveel nieuwe leerlingen er volgend jaar zijn die biologie hebben, zonder scheikunde is nog niet bekend, maar afgaande op voorgaande jaren zitten ze er zeker tussen. Collega A zal mee helpen ook deze leerlingen te overtuigen van deelname. Onderzoeksinstrumenten en verwachte uitkomsten De twee onderzoeksinstrumenten die ik in het onderzoek gebruik zijn de vragenlijst om de duiding van de concepten te meten en het interview om erachter te komen of de leerlingen vinden of ze er iets mee op schieten. Met de vragenlijst wil ik dus de duiding meten. Met duiding bedoel ik interpretatie of benadering. Leerlingen mogen scores toekennen aan een omschrijving van een concept (begrip). De concepten staan twee keer omschreven. Een omschrijving heeft een biologische benadering van een begrip. De tweede omschrijving een meer scheikundige. Leerlingen geven aan welke benadering het beste bij hun past. Deze vragenlijst is een keer eerder in een onderzoek gebruikt (Peters & Abma., 2012). Ik heb de vragenlijst uitgebreid en sommige vragen iets aangepast, zodat het verschil tussen de twee benaderingen iets duidelijker werd. Over de validiteit van de vragenlijst valt te zeggen dat het eerder aangegeven onderzoek betrouwbare resultaten behaalde met de vragenlijst. Conceptueel begrip correspondeerde met de cijfers van scheikunde en biologie (Peters & Abma., 2012). Er staan 15 concepten op de vragenlijst waar leerlingen aan elk van die concepten 7 punten aan toe kunnen kennen. Dit is in totaal 105 punten. De verdeling van de punten aan biologische versus scheikunde benadering zal de score gaan uitmaken. Ik verwacht dat de duiding bij de eerste meting sterk biologisch zal zijn. Na de eerste interventie meet ik weer. Ik kan hiervoor dezelfde vragenlijst gebruiken. Er zitten een aantal weken tussen en door de concepten te veranderen kan ik de resultaten beïnvloeden en worden de metingen onbetrouwbaar. Ik verwacht dat de duiding al iets is opgeschoven. Na meting twee volgt een interviewronde met alle leerlingen. Als deze interviewronde is afgelopen ga ik door met de tweede interventie. Hierna volgt het derde meetmoment die weer wordt afgesloten door een interviewronde. Ik verwacht dat dit laatste meetmoment laat zien dat de duiding significant is opgeschoven ten gunste van de scheikunde duiding. Interessant punt is om te zien welke interventie nu uiteindelijk het succesvolst is gebleken. Ik vind dit vooraf een onzeker punt om een uitspraak over te doen. Bovendien zijn er meer factoren die meespelen bij de opschuiven van de duiding (zie reflectie en knelpunten). De bedoeling is om hier meer zicht op te krijgen via de interviews.
15
Het interview is bedoeld om de stemmingen, meningen en gedachten over te interventies te peilen bij de leerlingen. Ik kies voor een vrij interview, omdat juist de minder gestructureerde vormen zich uitstekend lenen om meer zicht te krijgen op achtergronden, persoonlijke belevingen en motieven voor het eigen handelen (Harinck, 2010). Ik kan de informatie die ik verkrijg van de interviews vergelijken met de resultaten van de vragenlijsten. Ik hoop zo antwoord te krijgen op de volgende vragen: - Verschuift de duiding van de concepten bij leerlingen die de lessen nuttig vinden? - Blijft de duiding hetzelfde bij leerlingen die de lessen niet nuttig vinden? De interviews zijn ook bedoeld om meer algemene vragen te beantwoorden als: - Komen leerlingen met plezier naar de lessen? - Wordt bij de kennisinterventie de stof duidelijk uitgelegd? - Is het doel van de leren denken interventie de leerlingen duidelijk? - Ervaren de leerlingen een duidelijk verschil tussen de interventies? Hoe de interviews precies af worden genomen is te lezen in het interviewschema in bijlage 2. De gegevens die ik uit de interviews verkrijg zijn kwalitatief van aard en ik kan die volgens het geordende schoenendoosmodel gebruiken om de scores van de vragenlijst te illustreren en aan te vullen (Harinck, 2010). Elke participerende leerling krijgt zo een persoonlijk dossier waarin de scores van de metingen worden bijgehouden en de uitkomsten van de interviews. Tijdspad September 2013
Inventarisatie leerlingen onderzoeksgroep.
Oktober 2013
Lessen inhoudelijk voorbereiden. Afname nulmeting. Planning van de lessen.
November 2013
Interventie 1: Kennis lessen Interviews ronde 1 Afname meting 2 Terugkoppeling aan onderzoeksgroep
16
December 2013
Interventie 2: leren denken lessen Interviews ronde 2 Afname meting 3 Terugkoppeling aan onderzoeksgroep
Januari 2014
Verwerken resultaten in eindverslag Feedback van kritische vrienden
Februari 2014
Verwerken resultaten in eindverslag
Maart 2014
Eindverslag klaar.
Het tijdspad die ik gemaakt heb is strak in de planning, maar ik probeer me hier wel aan te houden. Als er onverhoeds vertraging wordt opgelopen heb ik nog genoeg buffer om dit op te vangen. Vooral het plannen van de lessen in oktober zal de nodige precisie vergen. Ik moet dit in overleg van de leerlingen doen en de jaarplanning van de onderzoeksschool in de hand. Ik heb expres de opstartmaand september relatief rustig gehouden. De leerlingen en ikzelf moeten na de vakantie even de rust krijgen de draad na de zomervakantie weer op te pakken. Wel worden er in deze maand dus gesprekken gevoerd over deelname. Zoals te zien is in afbeelding 1 zitten de interviews en interventies verweven in een onderzoek cyclus. De mogelijkheid bestaat dat ik de interviews begin af te nemen voordat interventie 1 helemaal is afgelopen. De reacties van de leerlingen tijdens interventie 1 zijn hier een maatstaaf voor. Als ik merk dat leerlingen de stof te lastig vinden wil ik dat weten en vastleggen. Verder volgen de interventies en metingen een logisch patroon. De interviews die ik afneem nadat een interventie is geëindigd zullen kort daarop volgen. Het geheugen moet nog vers zijn. De samenhang tussen de interventies en de metingen ligt in het feit dat de interventies een verschuiving van de duiding moet gaan opleveren.
17
Onderzoeksvraag
Meting 1
Interview 1
Interventie 1
Meting 2
Resultaten terugkoppelen naar leerlingen
Interview 2
Afbeelding 1: Schematische weergave van de planning van het onderzoek.
Interventie 2
Meting 3
Uitkomst onderzoek Resultaat terugkoppelen aan leerlingen 18
Reflectie en discussie Na OWPO-deeltoets 1, ben ik op zoek gegaan naar literatuur om mijn interventies te onderbouwen. Er zijn niet veel bronnen die zich specifiek richten op dit probleem. Er zijn wel genoeg bronnen om de lessen te produceren. Voor de kennisinterventie is het meeste voorhanden. Ik denk dat ik met de aangegeven bronnen een eind kom. Literatuur over leren denken was er wel, maar veel van deze bronnen richten zich op leren leren of leren denken in het algemeen en minder op natuurwetenschappelijk gebied. De zoektocht naar geschikte stukken heeft dan ook het meeste tijd in beslag genomen. Ik besef dat voor alle beweringen die ik doe ik eigenlijk met nog meer bronnen voor de dag had kunnen komen. De tijdsdruk heeft me echter gedwongen het hierbij te laten. In het leren zoeken naar bronnen ben ik beter geworden dankzij dit onderzoeksvoorstel, maar het zou nog beter kunnen. Wat mij betreft houd het zoeken naar achtergronden dan ook niet op. Ik zal voor mijn uiteindelijke verslag op zoek moeten naar meer. Mijn voornemen uit OWPO-deeltoets 1 om de interventies gevarieerd te houden ben ik in geslaagd. De lessenserie wordt althans zo gevarieerd mogelijk aangeboden zo ver mogelijk bij lessen in de beginselen van de biochemie. Er zitten nog wat aspecten aan mijn onderzoek die ik nog wat toe wil lichten. Dit zijn vooral zaken om rekening mee te houden tijdens het geven van de interventies en het achteraf verwerken van de gegevens. Ik ga bijvoorbeeld leerlingen gebruiken uit vwo 4 en 5. Het is natuurlijk wel zo dat de leerlingen uit vwo 5 een jaartje verder zijn en dus al (onbewust) kennis hebben gemaakt met biochemische concepten. Dit is misschien terug te vinden in de eerste meting. Het is interessant om daar naar te kijken. Een vergelijkbare knelpunt is dat leerlingen natuurlijk ook bijleren tijdens de reguliere lessen. Dit kan een verschuiving van de duiding/interpretatie van biochemische concepten inhouden zonder dat mijn interventie daaraan bijgedragen heeft. Door de interventies handig te plannen in november en december probeer ik vermijden dat er onderwerpen worden gegeven waar veel biochemische concepten inzitten. De leerlingen komen uit verschillende klassen, dus ik moet ervoor zorgen dat het rooster technisch een haalbaar geheel wordt. Het heeft mijn voorkeur niet, maar als het moet is er de mogelijkheid de lessen twee keer aan te bieden. Ik moet zien te voorkomen dat leerlingen te lang moeten wachten op deze lessen, dat zal alleen uitval en verzuim teweeg brengen. Een optie om dit probleem te tackelen is het uur geven op het Keuze Werktijd Uur (KWT- uur). Dit uur wordt centraal aangeboden onder schooltijd en leerlingen krijgen dan verbredende 19
en verdiepende stof. Ik moet nog het gesprek met de school aangaan voor deze mogelijkheid. De afdelingsleider heeft het druk gehad met de examenfraude, dus de mijn afspraak is verzet naar 24 juni. Ten slotte is het van belang te vermelden dat de interventies succesvol zijn geweest als er een verschuiving heeft plaatsgevonden in de duiding van de concepten. Het is niet zo dat ik de leerlingen zo scheikunde mogelijk wil laten leren denken. Het begrip van biochemie bij leerlingen houdt een verband met de duiding die leerlingen geven aan biochemische concepten. Hierbij hebben leerlingen met een meer scheikundige benadering van deze concepten een beter begrip van deze concepten (Peters & Abma., 2012). Er zijn 105 punten te vergeven bij de score van de duiding. Als ik leerlingen naar een score van ongeveer 50/55 krijg ben ik tevreden. De biologische interpretatie blijft natuurlijk ook belangrijk.
20
Literatuurlijst Bessems, M.M.M., Buis, A. & Dubois, M.F.W. (2005). Afstemming van vakinhoudelijke begrippen tussen de bètavakken. Stichting leerplanontwikkeling, Enschede. Boekaerts M. & Simons P.R.J. (1995) Leren en instructie: psychologie van de leerling en het leerproces. Van Gorcum, Assen Campbell, N.A. & Reece, J.B. (2011). Biology, 6th international edition. Pearson, San Francisco. Crowe, J. & Bradshaw, T. (2010). Chemistry for the biosciences: the essential concepts. Oxford University Press, New York De Lange, R., Schuman, H. & Montesano Montessori, N. (2010). Praktijkgericht onderzoek voor reflectieve professionals. Garant, Antwerpen Harinck, F. (2010). Basisprincipes praktijkonderzoek. Garant, Apeldoorn. Harrison, A.G. & Treagust, D.F. (2000). : Learning about atoms, molecules, and chemical bonds: A case study of multiple-model use in grade 11 chemistry. Science Education 3 Peters, J. & Abma, J. (2012). Begrip en duiding van vakoverstijgende biochemische concepten: het belang van scheikunde bij bovenbouwleerlingen biologie. PGO-onderzoek IVLOS, Master thesis, Universiteit Utrecht. Ten Brink, C., Gieske, A., Pelzer, E. & Winkelman, B. (2010). Perceptie op samenwerking tussen de secties biologie en scheikunde in de bovenbouw van het vwo. PGO-onderzoek IVLOS, Master thesis, Universiteit Utrecht. Tjaden, M. (2002). Nog maar net een voldoende. NIBI Bionieuws 10, Utrecht Van de Sande, R. (2007). Competentiegerichtheid en scheikunde leren over metacognitieve opvattingen, leerresultaten en leeractiviteiten. Tijdschrift voor Didactiek de Beta-wetenschappen 1, Utrecht Van Streun, A. (2001). Het denken bevorderen. Rede didactiek van de Wiskunde en de Natuurwetenschappen, Rijksuniversiteit Groningen 21
Van Oers, B. (1988). Modellen en de ontwikkeling van het (natuur-) wetenschappelijk denken van leerlingen. Tijdschrift voor Didactiek de Betawetenschappen 6, Utrecht
22
Bijlage 1: Onderzoeksinstrument : Duiding Verdeel in totaal 7 punten over de begrippen, over de mate waarin jij ze van toepassing vindt. Je kunt dus combinaties van 0/7, 1/6, 2/5 en 3/4 punten toekennen, afhankelijk van de stelling die het best met jouw idee overeenkomt. Er zijn geen foute antwoorden. Vetten
1
-Vetten zijn organische moleculen die bestaan uit glycerol, met daaraan vetzuren. -Vetten zijn stoffen uit ons voedsel, die ons lichaam gebruikt om energie op te slaan.
Verbranding
2
-Bij verbranding breekt je lichaam stoffen af, om daar zelf energie uit te halen. -Verbranding is een chemisch proces, waarbij stoffen met zuurstof reageren.
Eiwitten
3
-Eiwitten worden gemaakt aan de hand van een code die hiervoor op het DNA ligt. -Eiwitten zijn aaneengeschakelde aminozuren met een zeer specifieke 3D-structuur.
Abiotische factoren (niet levende omgevingsfactoren)
4
-Voorbeelden van abiotische factoren zijn: het gehalte zuurstof, CO2, nitraat.
23
-Voorbeelden van abiotische factoren zijn: temperatuur, licht, neerslag.
Leven
5
-Leven is een gevolg van een zeer ingewikkeld samenspel van veel verschillende moleculen. -Leven is het samenwerken van cellen voor het overleven van een organisme.
Fotosynthese
6
-Licht + water + koolstofdioxide -Licht + 6 H2O + 6 CO2
glucose + zuurstof.
C6H12O6 + 6 O2
DNA
7
-De onderdelen van DNA zijn: fosfaten, suikers en basen die met waterstofbruggen verbonden zijn. -DNA ziet er in de celkern uit als een dubbele wenteltrap met tussenschakels.
Enzymen
8
-Enzymen kunnen in je spijsvertering helpen met het afbreken van voedsel. -Enzymen kunnen in je spijsvertering reacties versnellen.
ATP
9
-ATP is een stof die ontstaat bij verbranding.
24
-ATP is een molecuul die bestaat uit drie fosfaatgroepen en chemische energie kan dragen.
Celmembraan
10
-Een celmembraan bestaat uit fosfolipiden die een hydrofiele kop en een hydrofobe staart hebben. -Een celmembraan is een organel die het interne milieu van de cel beschermd.
Maagzuur
11
-Het zoutzuur in de maag wordt geneutraliseerd in de 12-vingerige darm door een base uit alvleessap. -In de maag wordt maagzuur gemaakt om bacteriën te doden en de vertering te bevorderen.
Kanker
12
-Kanker is het gevolg van cellen die zich ongeremd gaan delen. -Kanker is het gevolg van een mutatie in de basenparen.
Hormonen
13
-Een hormoon is een stof die op een andere plaats in het lichaam een uitwerking heeft dan waar hij geproduceerd wordt. -Een hormoon heeft een bepaalde moleculaire structuur, zodat ze precies op de receptor van de cellen passen waar ze nodig zijn.
Koolhydraten
25
14
-Koolhydraten zijn voedingsstoffen die veel in zetmeel zitten. -Koolhydraten is een verzamelnaam voor verschillende suikers.
Eiwitten 2
15
-Als een eiwit een ander molecuul bindt, verandert de 3D-structuur: dit kan effect hebben op de cel. -Eiwitten in het celmembraan kunnen informatie doorgeven van binnen naar buiten en andersom.
26
Interviewschema Dit interview zal worden afgenomen aan de onderzoeksgroep van de onderzoeksschool in het kader van het praktijkonderzoek van de opleiding Master of education biologie aan de Hogeschool Utrecht. Het betreft een vrij interview met weinig richtlijnen. Het interview zal ongeveer een half uur in beslag nemen en uitgewerkt worden in het onderzoeksverslag. - Kom je met plezier naar de lessen? - Vindt je de lessen nuttig? - Wordt bij de kennisinterventie de stof duidelijk uitgelegd? - Is het doel van de leren denken interventie je duidelijk? - Ervaren je een duidelijk verschil tussen de interventies? Verder is het belangrijk de gevoelens te peilen bij de leerlingen en eventueel de behoefte aan meer uitleg te achterhalen. Er zullen transcripties gemaakt worden van de interview die uiteindelijk een plaats zullen krijgen in het eindverslag.
27
