maandag 3 juli 2017

Onderzoekend leren

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.

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen