Foto: Jos Depovere, Katholieke Hogeschool Leuven Rol en efficiëntie van experimenten in het wetenschapsonderwijs

Foto: Jos Depovere, Katholieke Hogeschool Leuven

Rol en efficiëntie van experimenten in het wetenschapsonderwijs

2Technopolis - Mechelen Dinsdag, 27 augustus 2013

Succesvoller experimenteren in de lessen wetenschappen

Inhoud

• Rol van experimenteel werk

• Efficiëntie van experimenteel werk

o Science Community Representing Education of SCOREo Wat is praktisch werk?o De situatie in Vlaandereno Hoe onze toekomstige wetenschappers opleiden? o Wat is het doel van praktisch werk?

o Wat zijn de knelpunten?o Bereiken we wat we willen bereiken?o Meer ondersteuning! o Discussie & argumentatie zou heel belangrijk moeten zijn in wetenschappelijk onderricht!



http://www.score-education.org/index.htm



Campbell, F. & Van Noorden, R. (2008). Educating the UK's future scientists, Chemistry World, October. Porter, C. & Parvin, J. (2008) Learning to Love Science: Harnessing Children's Scientific Imagination : a Report, University of York. Chemical Industry Education Centre, Shell Education Service

Bron: Joint Council for Qualifications (JCQ), annual statistics 1990-2007.

Het opleiden van toekomstige wetenschappers in het Verenigd Koninkrijk

De trend in het Verenigd Koninkrijk van leerlingen die kiezen voor wetenschappen en wiskunde (1990-2007) is in grote lijnen somber!



Rapport gepubliceerd in December 2008 Rapport gepubliceerd in Mei 2013

http://www.score-education.org/publications



Wat is “praktisch werk”?

Dit zijn leerervaringen waarbij leerlingen leren werken met stoffen of met secundaire bronnen zoals data om de natuur te kunnen observeren én te begrijpen.

Lunetta, V N, Hofstein, A & Clough, M P (2007). Teaching and learning in the school science laboratory. An analysis of research, theory, and practice. In Handbook of research on science education (ed. S K Abell and N G Lederman), pp. 393–431. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Een definitie




Luchtfoto's bestuderen om de maan te onderzoeken of om de geografie van de aarde te onderzoeken


Voorbeeld 1




Spectra bestuderen om de natuurkunde van sterren en ruimteatmosferen te begrijpen

Voorbeeld 2




Sonarbeelden gebruiken om levende systemen te onderzoeken

Voorbeeld 3



http://chem.kuleuven.be/en/research/mds/moldesigns/news/volt

Thermodynamica in actie: Sterk exotherme redoxreacties


Voorbeeld 4



Bron - http://sites.jmu.edu/chemdemo/2011/06/14/zinc-ammonium-nitrate/


Thermodynamica in actie: Sterk exotherme redoxreacties Voorbeeld 4

http://chem.kuleuven.be/en/research/mds/moldesigns/news/volt



De definitie van “praktisch werk” volgens SCORE

1. door het rechtstreeks uitvoeren van concrete handelingen om op die manier ervaringen op te doen van fenomenen of;

2. door het manipuleren van reële objecten en materialen.

Dit zijn leeractiviteiten waarbij de leerlingen leren observeren, leren onderzoeken en zich een begrip aanleren over de wereld rondom hen




Waarom experimenteren tijdens de lessen wetenschappen?

• Wetenschappelijke inhouden illustreren• Een belangrijk kenmerk van exacte wetenschap• Een les opfleuren




SCORE, (2013) Resourcing practical science at secondary level, Report, http://www.score-education.org/publications

Enkele van de meest voorkomende doelen volgens leerkrachten zijn:

• leren om nauwkeurige observaties te doen en deze te beschrijven;• verschijnselen reëler maken;• belangstelling opwekken en dit trachten te behouden;• het aanzetten en bevorderen van het opbouwen van een logische redeneermethode

Het doel van praktisch werk in wetenschapsonderwijs

Foto: http://chem.kuleuven.be/profatoom



Online-enquête in samenwerking met Klasse die liep van 24 oktober tot en met 31 december 2005.

De verwerking van de enquête gebeurde door een onafhankelijk bureau (Ipsos). Er werden in totaal 1533 enquêtes ingevuld.

http://www.ewi-vlaanderen.be/actieplan#deel6

En in Vlaanderen?



38

26 25 2219

72

272834

0

20

40

60

80

100

Notitiestijdens les

Discussies in de klas

Videofilmsin de les

Wetenschap.georiënteerde

uitstap

Hulp vancomputer

Leerboeken Zelf gegevens opzoeken rond een

thema

Zelf uitgevoerde experimenten

Wat is volgens de Vlaamse leerlingen een optimale manier van lesgeven/krijgen?

Eigenuiteenzettingvoorbereiden(Basis: N=1283)

Bron - Rapport jongerenbevraging “WETENSCHAP MAAKT KNAP”, Afdeling Wetenschappen – Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Brussel, april 2006



“Ik denk dat eigen praktisch en experimenteel werk mij zou helpen om Natuurwetenschappen op zich beter te begrijpen”

37

85

50

0

20

40

60

80

100

(Basis: N=1274)Helemaal akkoord Eerder akkoord Eerder niet akkoord Helemaal niet akkoord

Wat vinden Vlaamse leerlingen van eigen praktisch en experimenteel werk?




“In mijn school wordt een nieuwe theorie of wetenschappelijk thema ondersteund door eigen praktisch en experimenteel werk”

28

42

20

55

0

20

40

60

80

100

(Basis: N=1265)

Altijd Meestal Soms Zelden Nooit


Krijgen de Vlaamse leerlingen veel praktisch en experimenteel werk?



Enkele belangrijke conclusies uit het Rapport jongerenbevraging “WETENSCHAP MAAKT KNAP”,

• Leerlingen kennen natuurwetenschappen een belangrijke plaats toe!• Dankzij de natuurwetenschappen kunnen ziektes worden genezen• De natuurwetenschappen zijn belangrijk voor de maatschappij & voor toekomstige generaties• Er zijn meer voor- dan nadelen!

Attitudes ten opzichte van natuurwetenschappen

Optimale manier van lesgeven/krijgen

Eigen experimenten


• Er gaat een onbetwiste voorkeur uit naar de wetenschappelijke experimenten met weinig tot geen verschil tussen jongens en meisjes voor de voornaamste “verwachtingen”.

• Over alle categorieën - geslacht, richting - heen is men het er (volledig) mee eens (± 90%) dat experimenten een beter begrip toelaten;

• Experimenten komen niet voldoende aan bod, want “altijd & meestal” ≈ 33%;



Enkele aanbevelingen uit het Rapport jongerenbevraging “WETENSCHAP MAAKT KNAP”,

• De geloofwaardigheid van de natuurwetenschappen is groot!• De positieve ingesteldheid tov natuurwetenschappen is een krachtige hefboom om het vak te

propageren

• Men kan niet om de vraag heen naar “meer wetenschappelijke experimenten uitvoeren”!

• Iedereen is het erover eens dat eigen praktisch/experimenteel werk de betrokkenheid zou doen toenemen wat momenteel niet het geval lijkt;

• Inspelen op de algemene positieve ingesteldheid ten opzichte van. natuurwetenschappen;• Oog en oor hebben voor de vraag naar zelf wetenschappelijke experimenten uitvoeren; • het is een mogelijkheid om een grotere betrokkenheid te realiseren;

Attitudes ten opzichte van natuurwetenschappen

Optimale manier van lesgeven/krijgen

Eigen experimenten

Dus …



Inhoud

• Rol van experimenteel werk

• Efficiëntie van experimenteel werk

o Science Community Representing Education of SCOREo Wat is praktisch werk?o De situatie in Vlaandereno Hoe onze toekomstige wetenschappers opleiden? o Wat is het doel van praktisch werk?

o Wat zijn de knelpunten?o Bereiken we wat we willen bereiken?o Meer ondersteuning! o Discussie & argumentatie is heel belangrijk in wetenschappelijk onderricht!



WetenschapsleerkrachtWoolnough, B. E. & Allsop, T. (1985). Practical Work in Science. Cambridge: Cambridge University Press.

Millar, R. (2009). Analysing practical activities to assess and improve effectiveness: The Practical Activity Analysis Inventory (PAAI). York: Centre for Innovation and Research in Science Education, University of York.

It’s what science is all about really… getting on with some experiments. Science is a practical subject …. You know, end of story, I think.

Much practical work is … ineffective in helping students to understand the concepts and theories of science. It is unscientific in that it is quite unlike real scientific activity. And it is boring and time-wasting for many students who find it unnecessary and unstimulating.

Twee stellingen over “praktisch werk”



Waarom praktisch werk?

Het fundamentele doel van het praktisch werk is om studenten te helpen de link te leggen tussen deze twee domeinen!

De objectief waarneembare

wereld

IdeeënPraktisch werk

Zaken die we kunnen zien en hanteren

Zaken die we niet onmiddellijk kunnen

observeren

Millar, R. (2009). Analysing practical activities to assess and improve effectiveness: The Practical Activity Analysis Inventory (PAAI). York: Centre for Innovation and Research in Science Education, University of York.




Veel scholen hebben onvoldoende materiaal voor praktisch werk

RESOURCING AT SECONDARY LEVEL – MAIN FINDINGS

Ontoereikende labo’s en lokalen beperken de mogelijkheid voor goede praktijklessen

Onvoldoende technische ondersteuning beperkt het praktisch werk

• Een kwart van de leerkrachten geeft aan minstens één extra technisch onderwijs assistent nodig te hebben

• Goede technische ondersteuning gaat verloren door slechte werkomstandigheden

• Scholen hebben niet de geschikte lokalen om praktijklessen te organiseren

• Een kwart van de leerkrachten is niet tevreden over de laboratoriumfaciliteiten

• Basismateriaal voor praktisch werk is onvoldoende aanwezig of werkt niet

• Scholen hebben onvoldoende financiële middelen om materiaal aan te kopen

• Het bedrag dat wordt gespendeerd aan wetenschappen varieert van school tot school

• Bijna de helft van de leerkrachten vindt onvoldoende financiële middelen te hebben voor praktisch werk.



Experimenteren = ook in Vlaanderen een pijnpunt!

1. Serieuze drempel!2. Didactische omkadering!3. Geen ondersteuning voor leerkrachten in Vlaanderen!

Hoe moet ik een experiment uitvoeren?

Fysici willen naar de wiskunde omdat ze dan geen experimenten meer moeten doen!

Leerkrachten wetenschappen MOETEN meer ondersteund worden



Leerplannen

• Leerlingenpractica zijn verplicht• In alle leerplannen staan er drie verplichte practica

Ok! Dan doen we drie practica en we zijn er vanaf!

Demonstratieproeven verdwijnen!

Het experiment is echter een uitstekend middel om te leren onderzoeken!

Demonstratieproeven terug in de klas brengen!

• Ontwikkelen van vaardigheden• Onderzoekend leren stimuleren• Leren onderzoeken



A Comprehensive General Chemistry Demonstration

J. Chem. Educ., 2013, 90 (1), pp 96–98

Ryan D. Sweeder & Kathleen A. Jeffery

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed300367y

Voorbeeld uit de chemie



We doen wel onze drie practica, maar we weten niet zo goed wat we ermee willen bereiken!

Leerkrachten wetenschappen zouden dagdagelijks moeten worden ondersteund!Hoe moet ik een experiment didactisch uitvoeren?

Belangrijke rol voor KVCV – sectie onderwijs & opleidingen & Science on Stage Belgium

Doel: LEERKRACHTEN ONDERSTEUNEN - Playful science!

http://www.scienceonstage.be/playfulscience-nl.htmlhttp://www.scienceonstage.be/playfulscience-nl.html



“The Experiment” by Sempé.

Experimenteren = pijnpunt!




Veel bijkomend werk!




Leerlingen kunnen “schrik” hebben van experimenten



“Often schools overlook the need for decent technical support and are happy to employ someone ‘just to do the washing up’. A good technician will stretch the budget by making sure equipment is used, stored and maintained properly, carry out repairs, even making equipment from scratch if necessary, and ensuring new purchases are appropriate and good value for money” Senior science technician, maintained school




Invoeren van een opleiding Technisch onderwijsassistent – belangrijke taak voor onze Vlaamse overheid!



“Science education is notable for the absence of argument”

Jonathan Osborne,School of Education, Stanford University and

King's College London

Osborne J. (2010) Arguing to Learn in Science: The Role of Collaborative, Critical Discourse. Science 328: 463-466.

“An overemphasis by teachers, curricula, and textbooks on what we know at the expense of how we know”

“Education is a highly complex act where failure is the norm and success the exception”

“The cultivation of critical skepticism, a feature that is one of the hallmarks of the scientist, would appear to have only minimal value within science education. Yet, research has demonstrated that teaching students to reason, argue, and think critically will enhance student’s conceptual learning. This will only happen, however, if students are provided structured opportunities to engage in deliberative exploration of ideas, evidence, and argument – in short, how we know what we know, why it matters, and how it came to be.”

Maar wetenschap is veel meer dan het empirisch werk in het laboratorium!



The goal of science is to produce new knowledge of the natural world.

“Comprehending why ideas are wrong matters as much as understanding why other ideas might be right.”

Osborne J. (2010) Arguing to Learn in Science: The Role of Collaborative, Critical Discourse. Science 328: 463-466.

Leren hoe wetenschap te lezen is wetenschap aanleren!



Realiteit opnieuw binnenbrengen in de klas!

• Hoeveel instructie moet ik aan mijn leerlingen bezorgen?• Hoeveel leerlingen kunnen zelf een onderzoeksvraag formuleren?• Wat is de rol van het experiment in het onderwijs!• Het is eenvoudiger via you-tube filmpjes

Leren nadenken!

In veel wetenschapslessen gebeuren er zelfs geen experimenten meer!



Wat dus als het experiment gedaan is?

Discussie – argumenteren!

Stimuleren tot nadenken tijdens het uitvoeren van de proef!

Veel leerkrachten hebben bijzonder veel inzet, maar ze zijn soms te weinig bezig met wat ze willen bereiken?

Leren over wetenschap! Het is onze cultuur!

Onze leerlingen worden de toekomstige wetenschappers!



Brede consensus over wat een currriculum wetenschappen voor iedereen moet zijn

Besluiten!

Opleiding en nascholing afstemmen op de te realiseren doelstellingen

Enthousiaste leerkrachten én leerlingen ruimte geven en aanmoedigen

Leerlingen (én leerkrachten) vinden praktisch werk een NOODZAKELIJK ONDERDEEL van de les wetenschappen

De implementatie van onderzoekend leren vereist een MENTALITEITSVERANDERING bij alle betrokkenen en ONDERSTEUNING op verschillende niveaus

Het rendement van praktisch werk is ONVOLDOENDE door een te eenzijdige focus op ‘doen’

ONDERZOEKEND LEREN kan een werkvorm zijn om praktisch werk op een efficiëntere wijze in het wetenschapsonderwijs te integreren





http://ecampus.chem.auth.gr/contests/







Documents

Foto: Jos Depovere, Katholieke Hogeschool Leuven Rol en efficiëntie van experimenten in het wetenschapsonderwijs