‘Crosscutting concepts’ in de lerarenopleiding Harrie Eijkelhof Projectleider ECENT Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen Faculteit Bètawetenschappen

Outline van de werkgroep Voorgeschiedenis denkwijzen in Nederland Next Generation Science Standards: crosscutting concepts Voorbeelden van denkwijzen Voor/nadelen van deze aanpak Mogelijkheden in de opleiding? 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 2

Rapport cie Boersma et al (2010) Kernconcepten: Expliciete introductie bij: Systeem *biologie Schaal *biologie, natuur en scheikunde Verandering *scheikunde Energienatuur- en scheikunde Materienatuurkunde Ruimte Tijd Wisselwerkingbiologie, scheikunde 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 3

Next Generation Science Standards Dimension 3: Crosscutting Concepts 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 4

Vergelijking Kennisbasis NL met Next Generation Science Standards US 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 5

Voorbeeld 1: schaal, verhouding, hoeveelheid Grootte van objecten: powers of ten Grootte van afstanden: nanometer - lichtjaar Tijdsduur van processen: nanoseconde – millennium – geologische tijd Eigenschappen van materie: (sub)micro – macro – mega Meetmethoden variëren op schaalniveau Logaritmische schalen: Richter, pH, dB Uitdrukken van grootheden in verhoudingen: dichtheid – snelheid – vermogen – concentratie Effecten van verhouding oppervlakte – volume 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 6

Voorbeeld 2: oorzaak en gevolg Contexten: gedrag, milieu, gezondheid, geologie, chemie, elektra Patronen oorzaak-gevolg: Correlationeel versus causaal Rol van mechanismen Beschrijving van mechanismes op verschillend niveau: lichtschakelaar versus submicro fenomeen NGSS video: 2rtZG_L7ho89oFsaYL3kUWqNGSS video: 2rtZG_L7ho89oFsaYL3kUWq 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 7

Leerdoelen oorzaak en gevolg Oorzaak en gevolg kunnen onderscheiden bij verschijnselen Relaties tussen oorzaak en gevolg kunnen leggen Onderscheid kunnen maken tussen correlatie en oorzaak Verschijnselen in natuur en techniek kunnen voorspellen op basis van kennis van mechanismen Herkennen dat verschijnselen meerdere oorzaken kunnen hebben Patronen kunnen verklaren met mechanismen Mechanismen op verschillende schaalniveaus kunnen beschrijven Systematisch kunnen zoeken naar oorzaken van falende systemen Beweringen over oorzaak-gevolg kritisch kunnen beschouwen 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 8

Voorbeelden van vragen bij oorzaak en gevolg Wat heeft dit verschijnsel veroorzaakt? Is er sprake van een of meerdere oorzaken? Is de verklaring op micro- of macroschaal? Welke gevolgen kan X hebben? Mag je wel concluderen dat Y het gevolg is van X wanneer er sprake is van correlatie? Is er wellicht een oorzaak Z voor zowel X als Y? Is er sprake van een direct gevolg of een verhoogde kans op een gevolg? Waarom functioneert een ontwerp niet in de praktijk? Wat zou er gebeuren als het ontwerp op bepaalde punten wordt aangepast? 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 9

Voorbeeld 3: stabiliteit en verandering Processen: klimaat, evolutie, gezondheid, uitdijing heelal, geofysische processen, ecosysteem, fysisch en chemisch evenwicht Rol van krachten en energie Stabiel, cyclisch en dynamisch evenwicht Feedback Tijdschaal Relatie met patronen, systemen, causaliteit 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 10

Leerdoelen stabiliteit en verandering De mate van verandering kunnen uitdrukken in grootheden Verschillende soorten evenwicht (statisch, dynamisch en cyclisch) kunnen onderscheiden De rol van feedback bij stabiliteit kunnen aangeven Verandering op diverse tijdschalen kunnen bezien De oorzaken van veranderingen kunnen aangeven Het belang van een stabiele omgeving voor het functioneren van organismen kunnen onderbouwen 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 11

Voorbeelden van vragen bij stabiliteit en verandering Van welk soort evenwicht is sprake bij stabiliteit? Wat is de aard van de verandering? Wat veroorzaakt veranderingen? Wat veroorzaakt stabiliteit? In welk tempo en op welke schaal vinden veranderingen plaats? Wat bepaalt de snelheid van veranderingen? Wat is het belang van stabiliteit in een bepaalde situatie? 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 12

Voorbeeld 4: denkwijzen bij radioactiviteit 1.Patronen: halveringstijd bij radioactief verval 2.Schaal: verval op micro-niveau; late effecten op macro-niveau 3.Oorzaak/gevolg: oorzaak radioactiviteit; oorzaak van effecten 4.Systemen: vervalschema’s 5.Behoud: aantal kerndeeltjes; energie 6.Structuur/functie: afscherming; focus bij bestraling 7.Stabiliteit/verandering: aard instabiliteit; veranderingen in kern 8.Duurzaamheid: radioactief afval; duurzame energiebronnen 9.Risico’s/veiligheid: natuurlijke radioactiviteit; ALARA-principe 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 13

Vragen over denkwijzen? 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 14

Voor- en nadelen van deze aanpak Biedt mogelijkheden om samenhang te brengen in het bèta- onderwijs Helpt leerlingen om publicaties over onderzoek te interpreteren Kan leerlingen enthousiasmeren Maar: Kan een te theoretische aanpak worden Er is nog niet veel lesmateriaal beschikbaar op dit gebied Vraagt om voorbereiding van docenten 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 15

Mogelijkheden in de lerarenopleiding? Cursus vakdidactiek: Kennismaken met doel en inhoud van de kennisbasis Voorbeelden van lesmateriaal bestuderen Ontwikkelen van activiteiten over denkwijzen door studenten Vakinhoudelijke cursussen: Benoemen van denkwijzen waar mogelijk 21 mei 2014 Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 16