De didactiek van 'onderzoekend leren' is gebaseerd op de methode van natuurwetenschappelijk
onderzoek. In zeven stappen doorlopen leerlingen hierbij een onderzoekscyclus.
Het begint met een introductie, leerlingen maken kennis met een onderwerp of
probleem. Dan volgt een verkenning van het onderwerp en vervolgens gaan de
leerlingen een onderzoek opzetten aan de hand van een (eigen) vraag. Ze voeren
het onderzoek uit, trekken een conclusie en presenteren de
onderzoeksresultaten. Tot besluit brengt de leerkracht dan verbreding of
verdieping aan door het geleerde toe te passen in andere contexten of door
juist verbinding te leggen met andere concepten.
Techyourfuture is het expertisecentrum voor onderwijs in
bèta en technologie. Het is een samenwerkingsverband tussen Hogeschool Saxion,
de Universiteit Twente en Hogeschool Windesheim. Het ondersteunt leerkrachten
met lesmateriaal en ook met handvatten voor ontdekken, onderzoeken en het
opzetten van een laboratorium. (Bron: Primaonderwijs) Over die laboratoria en dan vooral de
virtuele laboratoria voor het onderwijs wil ik het hier hebben.
“Onderzoekend leren met
virtuele laboratoria is bewezen effectief” , zegt Ton de Jong, hoogleraar
instructietechnologie aan de Universiteit Twente. (Bron: Primaonderwijs) Digitale media biedt leerlingen, volgens
De Jong, de unieke mogelijkheid om online experimenten uit te voeren. Voordeel
is dat deze nu, digitaal, oneindig vaak herhaald kunnen worden. En dat is heel
leerzaam. Zo kun je natuurkundige principes ontdekken en experimenten uitvoeren
die in de echte wereld gevaarlijk zouden zijn. Leerlingen kunnen bijvoorbeeld
virtueel een elektrische schakeling bouwen of chemische reacties laten
plaatsvinden. In virtuele labs kun je ook zaken in beeld brengen die je in een
fysiek experiment niet ziet. Je kunt bijvoorbeeld dynamisch de krachten bij een
afgeschoten kanonskogel weergeven. In het echt zie je natuurlijk alleen maar
die kogel vliegen. (Bron: Kennisnet)
De Jong is hoogleraar
Instructietechnologie aan de Universiteit Twente en projectleider van het
Go-Lab Project, met een gratis Europese Portal waar je labs kunt bekijken en zoeken op
vakgebied, moeilijkheidsgraad of leeftijd. Een lab kan bijvoorbeeld handelen
over een elektrisch circuit of over licht en kleur. Je kunt via de portal als
docent zelf een Go-Lab leeromgeving maken, maar sommigen gebruiken een kant en
klare leeromgeving van begin tot eind. Weer andere docenten gebruiken het lab
als illustratie bij hun eigen verhaal. Alle labs werken met de stappen van het
onderzoekend leren en zogenaamde simulatiesoftware. (Lees meer in: Primaonderwijs)
Simulatiesoftware bevat
een nabootsing van (een deel van) de werkelijkheid. Deze werkelijkheid kan uit
veel domeinen afkomstig zijn, zoals bijvoorbeeld economie, natuurkunde,
scheikunde, biologie, psychologie of geneeskunde. Ze zijn gebaseerd op een
model, er zijn reken- of redeneerregels die het gedrag van de simulatie
bepalen. Leerlingen kunnen door middel van invoer de uitvoer bepalen. Daar
kunnen zij mee spelen om een model te doorgronden. (Bron: Kennisnet zoeken: Wat we weten over computersimulaties in het onderwijs)
De universiteit Twente
heeft bijvoorbeeld software ontwikkeld die het mogelijk maakt tekeningen tot
leven te laten komen in de vorm van een computermodel. Het doel hiervan is kinderen in de
leeftijd van 10-15 kennis te laten maken met het idee van wetenschappelijk modelleren.
In wetenschappelijk onderzoek nemen modellen een centrale plaats in. Het kan
gaan over het weer, het klimaat, de economie, elementaire deeltjes of ecologie.
Wat het onderwerp ook is, wetenschappers maken er modellen van om dergelijke
zaken beter te begrijpen. Het hebben van kennis over de aard van modellen en
hun beperkingen is belangrijk. Zo worden bijvoorbeeld de voorspellingen van het
KNMI en het CPB met behulp van modellen opgesteld. Deze modellen zijn gebaseerd
op veronderstellingen en dragen daarom - zoals we in elk geval weten van het
weer - een bepaalde mate van onzekerheid met zich mee.
In deze gedachte gaan
leerlingen bijvoorbeeld met SimSketch aan de slag aan de hand van een vraag, zoals
“hoe zit het zonnestelsel in elkaar?”. In een dergelijk geval helpt het vaak om
een tekening te maken van de zon, de planeten en hun manen. Het kan nog beter
helpen als je deze tekening vervolgens tot leven kan laten komen om zo te zien
hoe de planeten ten opzichte van elkaar bewegen. Je tekening wordt op deze
simpele wijze een model van het zonnestelsel. De software is ontwikkeld door de
universiteit van Twente. Simsketch maakt het mogelijk een op het scherm
gemaakte tekening te laten bewegen door een simulatiemodel te genereren en te
koppelen aan de onderdelen van de tekening. Deze technologie kan worden ingezet
bij het maken van modellen voor veel onderwerpen en vragen uit de
natuurwetenschap en techniek.
Wouter van Joolingen
geeft meer treffende voorbeelden die door leerlingen in het Voortgezet
Onderwijs met SimSketch zijn te gebruiken.
Het klinkt allemaal heel
ingewikkeld en als heel veel werk voor de docent om zich eigen te maken. Het
valt mee. De Jong geeft de volgende tips aan leraren om bijvoorbeeld gebruik te
maken van Go-Lab. Deel ervaringen. "Je hoeft niet alles zelf uit te vinden.
Er zijn een tutoring- en gebruikersforum op Go-Lab en een gebruikersgroep op Facebook." Maak ook gebruik van 'flipping the
classroom'. "De labs zijn webbased, dus leerlingen kunnen er ook thuis mee
aan de slag. Bijvoorbeeld als voorbereiding op een les: 'flipping the classroom' is mogelijk." Laat je verrassen. "Je kunt zoeken naar een lab dat
precies past bij je les, maar je kunt ook kijken welke labs er over bepaalde
onderwerpen beschikbaar zijn." (Bron: Kennisnet)
Let wel: systematisch
werken van de leerlingen is een pré. Als je meerdere variabelen tegelijk
varieert worden de uitkomsten moeilijker te interpreteren. Leerlingen moeten
ook data kunnen interpreteren, zij moeten bijvoorbeeld grafieken kunnen lezen.
(meer hierover: Kennisnet zoeken: Wat we weten over computersimulaties in het VO) Onderzoek naar de vaardigheden van leerlingen wordt gedaan
door Techyourfuture naar het leesgedrag van vmbo-leerlingen
in een omgeving als Go-Lab. Er wordt aan de leerlingen tekst en uitleg gegeven
in bijbehorende lesmodules. Maar hoe goed wordt er gelezen? Wat doet dat met de
leereffecten en de motivatie van leerlingen? En kunnen we dat met
gamification-elementen verbeteren? Het onderzoek - dat tot 2019 loopt - zal dit
proberen te verduidelijken. Het tijdschrift Didactief ging in juni 2014 ook al
in op de voor- en nadelen van computermodellen. Het bevat een verslag van een
onderzoek van de Universiteit Twente naar leren met computermodellen.
Leerlingen hebben de software snel onder de knie, maar hebben moeite om de
werking van het model volledig te doorgronden. Er is structuur nodig. Voor de
modelleersoftware SCYDynamics ontwikkelden ze een ondersteuningspagina voor docenten.
Hoe je leerlingen verder
kunt ondersteunen vertelt De Jong in een artikel over de voordelen van onderzoekend leren. Je moet dan denken aan kleine opdrachten en hints die de leerlingen door
de simulatie leiden.Ook kan de docent extra structuur aangeven zoals
bijvoorbeeld het gebruik van een spreadsheet om steeds je gegevens in op te
slaan.
Al met al tonen studies
aan dat onderzoekend leren vaak effectiever is dan andere vormen van onderwijs
en ook dat onderzoekend leren met computersimulaties, in vakgebieden als
natuurkunde, scheikunde, biologie en economie, een zeer effectieve vorm van
leren is in vergelijking met directe vormen van onderwijzen, mits de
ondersteuning voor de leerling goed geregeld is. (Bron: Wij-leren.nl)
Op veel plekken vind je
simulatiesoftware om aan de slag te gaan met je klas. Zo is er Algodoo, een gratis programma voor Mac, Windows
en I-pad. Je kunt hier verschijnselen visualiseren en modelleren (natuurkunde,
scheikunde, biologie); Artefacten ontwerpen (techniek, technologie) en Leren
onderzoeken en ontwerpen.
De Phet simulaties steunen op pedagogisch onderzoek. Ze spreken de leerlingen aan omdat ze op
een spelletje lijken waarin ze interactief kunnen onderzoeken, ontdekken en
leren. Verder is er nog Yenka, Yenka is educatieve simulatiesoftware. Simuleren, leren en ontwikkelen
van concepten is met deze modules zeer eenvoudig. Voor de scheikunde is er het
Engelstalige Physion en het Nederlandstalige Interactive Physics. Gizmos - eveneens Engelstalig - voor wiskunde en
natuurwetenschappen biedt alleen een free trial. Kijk hier voor nog enkele voorbeelden.
Afgeleid hiervan, maar van een
heel andere orde is het Litlab, een digitaal laboratorium waar je
“proeven” met literatuur kunt doen. Op (literatuur)wetenschappelijke wijze
wordt je door de tekst heen geleid. Zo doe je onder meer onderzoek naar
romanpersonages en speeches.