Wetenschap, techniek en het opleiden van leraren voor het primair onderwijs Hanno van Keulen - Universiteit Utrecht De Kempel (Helmond), 16 november 2012 Tweedaagse Inquiry-Based Science Education
Voorstellen Hanno van Keulen is: • • •
Scheikundige Nieuwsgierige Programmaleider Bètatechniekonderwijs bij het Centrum voor Onderwijs en Leren, Universiteit Utrecht – TalentenKracht Utrecht – Wetenschapsknooppunt Utrecht – Kenniscentrum Talentontwikkeling, Wetenschap & Techniek Midden
Waarom is de lucht blauw? • Stel dat een kind deze vraag stelt, wat zijn uw gedachten hierbij? Hoe zouden uw studenten reageren? A. “Ik heb geen enkel idee en raak in paniek” B. “Op mijn stageschool stellen kinderen dit soort vragen niet” C. “Ik weet het en geef meteen het goede antwoord” D. “Ik heb er nooit over nagedacht, maar laten we het eens gaan uitzoeken”
‘Oriëntatie op Jezelf en de Wereld?’ • Nederland kent een erg lage instroom in bèta-technische opleidingen en beroepen. Ook in Vlaanderen daalt de instroom (OECD). • Vanaf een leeftijd van tien jaar sluiten kinderen beroepen uit waarmee ze onbekend zijn. • Pabostudenten zijn overwegend ‘non-bèta’s’ (Motivaction) – Pierre Léna (astrofysicus, lid Academie des Sciences, ontwikkelaar La Main à la Pâte) hierover: “De basis van de opleiding van onze toekomstige onderzoekers, technici en ingenieurs ligt in de handen van hen die er de minste affiniteit mee hebben” – Robbert Dijkgraaf (o.a. auteur Bètacanon): “Als er één groep is wiens leven door wetenschap en techniek bepaald zal worden, dan is dat de groep jonge kinderen”
• Hebben Pabo en Basisschool hier een verantwoordelijkheid? Zo ja, hoe moet die genomen worden?
Denkpunten en programma 1. Alle kennis heeft een lichamelijke basis 2. Wetenschap en techniek is nauw verbonden met taal 3. De krachtige leeromgeving is een didactische structuur van materiële, sociale en narratieve affordanties 4. Het gaat niet primair om de kennis maar om attitudes
en vaardigheden om te exploreren, te onderzoeken en in onze (hoogtechnologische) wereld te leven 5. Wetenschap en techniek is middel voor brede
talentontwikkeling 6. Opbrengstgericht werken: ook met wetenschap en techniek
Denkpunt 1: Kennis is ‘lichamelijk’ • Van Piaget naar Gibson • Van mentale representaties naar actie-perceptie systemen • Van mind-body dualisme naar interactionisme • Motorneuronen, spiegelneuronen en taalcentrum
Denken over talentontwikkeling
• Talent is: – Multiplicatief, multidimensioneel, domeinspecifiek – Een leerpotentieel richting excellentie binnen de eigen bandbreedte – Emergent (een effect in een dynamisch systeem)
• Het gaat erom (alle) kinderen in een opwaartse talentspiraal te brengen
Waarom begrijpen wij elkaar? • Abstracte begrippen zijn metaforen met lichamelijke oorsprong – Be’grijpen’
– Stroom
• Zelfs de grammatica vertoont sporen van embodiment – Schenken / vullen; Zeggen / fluisteren
• Woorden alleen zijn geen ervaringen en leiden niet zonder meer tot begrip
Denkpunt 3: de krachtige leeromgeving
“Het licht neemt de schaduw mee en daardoor wordt de schaduw steeds groter!”
De didactische structuur van wetenschap en techniek Onderwijzen moet leren uitlokken door: – Materiële affordantie: Bepaalde voorwerpen of verschijnselen trekken aandacht en suggereren actiemogelijkheden – Sociale affordantie: interactie met anderen (met name de leraar) helpt om de actiemogelijkheden te herkennen en te gebruiken – Cognitieve affordantie: begrip van de context (het ‘narratief’) helpt om betekenisvolle van betekenisloze actiepercepties te onderscheiden
Perceptie zonder actie: Hoe laat is het hier? A. Acht uur ‘s avonds B. Één uur ‘s nachts
C. Tien uur in de ochtend D. Geen flauw idee
Sociale affordantie: Interactie in wetenschap en techniek • Interactie is niet hetzelfde als instructie geven • Instructies, kookboekvoorschriften, handleidingen, werkbladen, techniekkisten e.d. hebben (grote) nadelen: – Het onderliggende belang raakt uit het zicht (‘Waarom doen we dit eigenlijk?’) – Zelf nadenken is niet productief (‘hand-on, minds-off’) – Het resultaat komt voorop te staan, in plaats van het (leer)proces
• Dus: vragen, doorvragen, coachen en feedback geven (‘scaffolding’; ‘dialogic teaching’) • Is dit controleverlies? Of eigenaarschap?
Cognitieve affordantie: Ben je een goed rolmodel? – Wetenschap en techniek staat in een context, is een verhaal, kent spelers en rollen – Kinderen (vooral meisjes) kennen het verhaal niet en herkennen zich niet in de spelers • Gender: vooral Nederland doet het erg slecht • Vraaggedrag leraren laat onbewuste vooroordelen zien
– Compenseren is nodig door feminiene waarden te koppelen aan W&T: samenwerken en anderen helpen
Denkpunt 4: Wat is wetenschap en techniek? “Wetenschap en techniek is in de eerste plaats een houding. Het is nieuwsgierigheid, willen weten, willen begrijpen, willen verbeteren. De ‘black box’ openmaken en kijken wat er in zit. ...... Wetenschap en techniek is verder een zoektocht en een
praktijk. Als je een vraag hebt waarop je het antwoord niet
kent, of als je een probleem wilt oplossen, dan ga je aan de slag. ......
Wetenschap en techniek is ook kennis en kennis ‘maken’. De beloning van de zoektocht is toegenomen inzicht waarmee je greep krijgt op de natuurlijke wereld. Door mee te doen kom je tot kennis die je begrijpt, die betekenisvol is en die je kunt inzetten om kleine en grote vragen en problemen aan te pakken.”
Verwondering wekken is aandacht trekken
Is dit niet gek? Hoe zit dat?
Vragen leiden tot onderzoek en (soms) tot kennis en inzicht
Welke professionele kwaliteiten van de student / leraar moeten zich ontwikkelen? • Attitude: – Nieuwsgierigheid – Geworteldheid en zelfvertrouwen (eigen kennis is ‘embodied’) – Geen slaaf van ‘de methode’
• Vaardigheden: – Nieuwsgierige vragen vertalen naar leerprocessen (onderwijs ontwerpen) – Interactievaardigheden – Onderzoeken en ontwerpen
• Kennis: – Overzicht over het domein (de ‘vijf systemen’) – Overzicht over de contexten – Weten waar je kennis kunt vinden
Wetenschap en techniek: de concepten
Contexten die wetenschap en techniek betekenis verlenen 1. Wonen 2. Tuin, park en natuur 3. Lichaam, ziekte en gezondheid 4. Veiligheid 5. Voeding en landbouw 6. Energiegebruik 7. Mobiliteit en transport 8. Gebouwen en constructies 9. Communicatie
10. 11. 12. 13. 14. 15.
Muziek, kunst en cultuur Sport, spel en beweging Ontspanning en uitgaan Kleding Schoonmaken Water en watermanagement 16. Grond, stenen, bodem en aarde 17. Weer, klimaat, lucht en hemel 18. Hergebruik, duurzaamheid en kringlopen
Leren kijken door de ogen van kinderen
Wetenschap en techniek is in de badkamer
Wetenschap en techniek raakt je eigen leven
• •
•
Persoonlijk belang: Waarom moet ik mijn handen wassen? Burgerschap: Hoe kun je water besparen? Waar komt water vandaan en waar gaat het heen? Hoe regelen we dat in de samenleving? Werk: Wie maakt dat allemaal?
Primaire behoeftes zijn vanzelfsprekende startpunten
Een ei in de magnetron?
Levensmiddeltechnologie? Gezondheid? Taal? Rekenen?
Lesgeven over en met wetenschap en techniek • Aanknopingspunten voor het programma, de werkvormen en de ‘lessen’ 1. Ruimte geven aan zintuiglijke, lichamelijke exploratie 2. Nieuwsgierigheid vertalen naar passende leerprocessen: a. Onderzoeken en ontwerpen volgens de empirische cyclus volgen b. De black box openmaken c. Kennis vermeerderen door opzoeken en uitzoeken
3. De wereld in: contexten verkennen 4. Verbindingen zoeken. Wetenschap en techniek als middel voor: a. Taal- en rekenvaardigheden b. Wereldoriëntatie, burgerschap, muziek, beweging, ... c. Ontwikkeling van hogere orde cognitieve vaardigheden, sociale vaardigheden en executieve functies (‘talentontwikkeling’)
Jonge kind: exploreren van de natuurlijke wereld • Aarde, water, lucht, vuur • Vast, vloeibaar, gas – Poeder, emulsie, damp
• Massa, evenwicht – Krachten, draaien, versnelling
• Licht, kleur, schaduw, spiegel • Geluid, trillingen • Warmte
Exploreren: een relatie leggen tussen de materiële omgeving en je lichaam • Actiemogelijkheden herkennen • Vaardigheden ontwikkelen – Herkennen waar je iets kunt vastmaken – Een hamer zien als verlengstuk en verzwaring van je arm
Grijpen, draaien, slaan, wrijven, vasthouden, …. het zijn je handen maar dan ‘handiger’
Door mensen gemaakte dingen exploreren: de ‘black box’ openmaken
Onderzoeken en ontwerpen in context • (Zie ginds komt) de stoomboot: Hoe werkt dat? Kan dat beter? • Navigeren: kompas, sterren, kaarten • Drijven (en zinken): dichtheid en opwaartse kracht; golven • Beladen (en kapseizen): ruimte vullen; verpakkingsmateriaal; verhouding inhoud / oppervlakte • Uitladen: kraan, lier, glijbaan, katapult • Varen: stoom; uitzetten van gas; motor – De ‘pop-pop boot’ maken
Van exploratie naar onderzoeken: de empirische cyclus 0. Zien
1. Vragen
5.Schrijven/ Tekenen
2. Denken 4. Antwoorden
3. Meten & Doen
Hoe
0. Introductie van probleem en/of materiaal (kan spontaan).
•Ontdekken •Kennismaken •Aanrommelen •Denken: hé, hoe zit dat?? 5. Laat je eigen lichtje stralen -
Rapportage
Schrijf je uitkomsten op en presenteer ze aan anderen.
1. Verzinnen van vragen - Hypothese formuleren •Wat wil je (nog meer) weten? •Hoe zit het (dan) met .... ? •Hoe komt het (dan) dat? Denken over het antwoord: •Hoe denk je dat het in elkaar zit/gaat/werkt? Dit is je hypothese! Ik denk dat als ..... dat er dan ......; Ik denk dat .... komt door .....; Ik denk dat om ..... te doen er ... nodig is.
2. Hoe ga je dit uitvinden –
Testsituatie ontwerpen 4. Nadenken – Evalueren, hypothese toetsen
•Welk onderdeel zou je kunnen testen?
•Kloppen de data met wat je dacht? Waarom?
•Hoe doe pak je dat aan?
•Wat betekent dat voor je hypothese? Klopt het, of niet of een beetje?
•Wat heb je daar bij nodig?
..... als je nu gaat verzinnen hoe dat komt, zit je weer in stap 1. 3. Uitvoeren –Data verzamelen & vastleggen •Testopstelling maken •Test uitvoeren (data verzamelen) •Uitkomsten opschrijven
Problemen bij het bakken van een cake •
Uitzoeken: – Wat er gebeurt
• Opzoeken: – Verklaringen
Met rijstmeel
Met gist Zonder boter
Zonder ei
Onderzoekend en ontwerpend leren • Iets materieels zorgt voor aandacht • Kinderen hebben daardoor een vraag (‘hoe zit dat?’) of een probleem (‘kan dat beter?’) • Dit ontlokt een leerproces volgens een empirische cyclus (explorerend, onderzoekend, ontwerpend of ‘uitzoekend’ leren) • Hierbij worden allerlei vaardigheden ontwikkeld: inbeeldingsvermogen, zelfsturing, kritisch denken, samenwerken, presenteren • Het proces leidt tot beter begrip van de materiële werkelijkheid (antwoorden op vragen; oplossingen van problemen) en tot handelingservaring: de basis voor vaardigheid
Onderzoekend en ontwerpend leren met ‘Water’
1/2 paraplu 3 drijven en zinken 4 dijk 5 brug 6 waterrad 7 sluis 8 waterzuivering
Samenwerken met beroepsmensen: ‘Hoe stroomt een rivier?’
Kinderen als echte onderzoekers!
Contexten in de wereld verkennen • De klas uit • De natuurlijke wereld in • De bebouwde wereld in – Gebouwen, bruggen, verkeer, ....
• Leren in en met science centra / Techniekmusea • Omgeving van de school benutten
De bebouwde wereld •
•
“Dan gaan ze shoppen. De modewinkel ‘Nero Impala’ heeft een gevel van donkere korrelige steen. Het glanst metallisch. Er zitten glittertjes in”...
Een les maken van graniet naar ..... • • • • • • •
Gebergtes ..... Plaattektoniek ...... Weer, wind en erosie ...... Rivieren, zand en klei ....... Sedimenten, vruchtbaarheid, landbouw ..... Gesteentekringloop, fossielen, zandsteen ..... Bouwen in steen, steden, winkels ......
Woordenschat ontwikkelen: zo moet het niet
Zelf leren kijken en vertellen
Vraag: wat is dit voor een brug?
A. Een hangbrug B. Een leggerbrug C. Een boogbrug
D. Ik zou het niet weten (maar we zoeken het uit)
Bruggen bekijken
Een boogbrug maken met rietjes?!
Denkpunt 5: W&T is doel én middel • Wetenschap en techniek is geschikte context om andere doelen te bereiken – Zorg dat studenten wetenschap en techniek kunnen verbinden met taal, rekenen, geschiedenis, ...... – Zorg dat studenten onderwijs kunnen ontwerpen, zodat het rooster en de methodes dienend zijn en niet leidend
• Leer studenten om W&T niet (alleen) als vak(je) te geven maar de kansen te benutten: – Luizencontrole; zonnewering; nieuw schoolplein; vlekken; handen wassen; tussendoortje; verbouwing, .......
• Leer studenten W&T te benutten voor ‘passend onderwijs’: – Uitdagingen voor de meerbegaafden – Afwisseling van denken en doen – Talig voor wie dit nodig heeft
Denkpunt 6: Opbrengstgericht werken • Omslag: van ‘leuke dingen doen’ naar realiseren van leerdoelen • Inspectie? • Cito? • Ontwikkelingen: – Leerlingvolgsysteem Vaardigheden Voor Onderzoeken en Ontwerpen – Attitude leerkrachten – Quick Scan affordanties: • • • •
Visie, schoolwerkplan en programma Professionaliteit en werkwijze leerkrachten Materiële faciliteiten Betrekken van de omgeving
Opbrengsten van wetenschap en techniek • Onderzoekende houding • ‘Oriëntatie op jezelf en de wereld’ – – – –
Vaardigheden voor de 21e eeuw Mee kunnen praten en beslissen Techniek kunnen/durven/willen gebruiken Positieve attitude voor vervolgopleidingen en beroepen in de bètatechniek
• Kennis van wetenschappelijke en technische concepten • Taal- en rekenvaardigheden • Hogere orde vaardigheden – Samenwerken, plannen, redeneren, communiceren, volhouden, ...
Slotpunt: Zet studenten aan het lezen! http://www.uu.nl/university/edu cation/NL/wetenschapopschool/ wetenschapsknooppunt/Pages/vi ndplaatsscholen.aspx
Top 1 0 boe k e n w e t e n sch a p & t e ch n ie k in d e b a sissch ool
Dijkgraaf, R., Fresco, L., Weezel, T. G. van, & Calmthout, M. van (Eds.). (2008). De bèt acanon . Amsterdam: Meulenhoff.
Bie, L. de (2008). Een blik op t echniek v oor kleut ers. SintNiklaas: Abimo.
Bryson, B. (2008). Een heel kleine geschiedenis van bij na alles. Amsterdam: Atlas.
Dijkgraaf, R., Fresco, L., Haring, B., & Groothof, F. (2009). De Ju nior Bèt acanon Luist erCD. Diemen: Luisterwijs.
Katan, M. B. (2008). Wat is nu gezond? Fabels en feit en over voeding. Amsterdam: Bert Bakker.
Keulen, H. van (2010). Wet enschap en t echniek I Jk punt en v oor een dom ein in ont w ikkeling. Den Haag: Platform Bèta Techniek.
Klindworth, U. (2011). Melk kom t uit een pak en j eans gr oeien op een akker . Thorn: Cyclone.
Lingen, C. van, & Woldhek, S. (2006). Hoe dieren het doen Passie en paring in de acht er t uin. 's-Graveland: Fontaine.
Verdult, E. (2010). I ngenieus De m ooist e t echnische illu st rat ies. Diemen: Veen.
Sluijter, R. (Ed.). (2011). De Bosat las v an het klim aat . Groningen: Noordhoff/KNMI.
Teichmann, J., & Krapp, T. (2010). Nat uurk unde eenv oudig uit gelegd. Aartselaar: Zuidnederlandse Uitgeverij. Hayes, A. (2006). De com plet e huishoudbij bel. Aartselaar: Zuidnederlandse Uitgeverij.
Referenties • •
• • • • • • • • • •
• • •
•
Chemero, A. (2003). An Outline of a Theory of Affordances. Ecological Psychology, 15(2), 181-195. Fischer, K. W., & Bidell, T. R. (2006). Dynamic development of psychological structures in action and thought. In W. Damon & R. M. Lerner (Eds.), Handbook of child psychology (Fifth edition). Volume 1: Theoretical models of human development (pp. 467‐561). New York: Wiley. Gallese, V., & Lakoff, G. (2005). The brain's concepts: The role of the sensory-motor system in conceptual knowledge. Cognitive Neuropsychology, 21, 1-25. Gibson, E. J., & Pick, A. D. (2000). An ecological approach to perceptual learning and development. New York: Oxford University Press. Karmiloff-Smith, A. (1992). Beyond modularity: A developmental perspective on cognitive science. Cambridge, MA: The MIT Press. Keulen, H. van (2010). Wetenschap en techniek - IJkpunten voor een domein in ontwikkeling. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Keulen, H. van, & Oosterheert, I. (2011). Wetenschap en techniek op de basisschool. Groningen: Noordhoff. Keulen, H. van, & Sol, Y. (2012). Talent ontwikkelen met wetenschap en techniek. Utrecht: Centrum voor Onderwijs en Leren Universiteit Utrecht. Lakoff, G. (1987). Women, fire and dangerous things - What categories reveal about the mind. Chicago: University of Chicago Press. Nersessian, N. (2008). Creating scientific concepts. Cambridge (MA): MIT Press. Pinker, S. (2007). De stof van het denken - Taal als venster op de menselijke natuur: Olympus. Thelen, E., & Smith, L. B. (1994). A dynamic systems approach to the development of cognition and action. Cambridge (MA): The MIT Press. Van Geert, P. (1998). A dynamic systems model of basic developmental mechanisms: Piaget, Vygotsky, and beyond. Psychological Review, 105(4), 634-677. Van Geert, P. (2011). Talent for science and technology in children and their educators. Drawing the contours of the talent map. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Vries, M. J. de, Keulen, H. van, Peters, S., & Walma van der Molen, J. (Eds.). (2011). Professional development for primary teachers in science and technology. The Dutch VTB-Pro project in an international perspective. Rotterdam: Sense. Wilson, M. (2002). Six views of embodied cognition. Psychonomic Bulletin & Review, 9(4), 625-636.
Dank voor jullie aandacht!
