Kwaliteitsvolle VAKDIDACTIEK NATUURWETENSCHAPPEN School of Education SoE 2011/20 Studiedag SoE, 4 oktober 2013, Mechelen Kwaliteitsvolle VAKDIDACTIEK NATUURWETENSCHAPPEN in de lerarenopleiding secundair onderwijs Katholieke Hogeschool Limburg Renaat Frans promotor en vakdidacticus fysica Filip Poncelet vakdidacticus chemie Laura Tamassia vakdidacticus fysica Katholieke Hogeschool Leuven Els De Smet Linda Clijmans vakdidactici biologie Katholieke Hogeschool Kempen Katrien Vyvey vakdidacticus fysica Renaat

Natuurwetenschappelijke vragen stellen? Laat je inspireren door deze foto! Stel een natuurwetenschappelijke vraag! Noteer de vraag samen met uw achtergrond: fysica, chemie, biologie, ...

Probleemstelling onderzoeksproject NW in SO met leerlijn “wetenschap voor burger van morgen”. Fysica, biologie, chemie in SO met leerlijn “wetenschap voor wetenschapper en technicus van morgen” Leerkrachten NW: clustering van fysica, chemie en biologie, maar slechts opgeleid in 1 of 2 wetenschapsvakken Weinig vakdidactische traditie voor NW (wel traditie voor vakken apart fysica, chemie en biologie). Renaat Niet vanzelfsprekend! om natuurwetenschappen te geven om toekomstige leerkrachten op te leiden voor NW

NW vs. FY/CHE/BIO R

Centrale vragen in de inspiratiegids Kunnen we een aantal kenmerken uitwerken van een goede vakdidactiek NW? kwaliteitskenmerken in praktijkvoorbeelden uitwerken? een goede vakdidactiek vorm geven in de geïntegreerde lerarenopleiding? R

Eindresultaten onderzoeksproject Inspiratiegids bruikbaar in de lerarenopleiding voor vakdidactiek natuurwetenschappen, met praktijkoefeningen Case CO2 en klimaat Exemplarische toepassing vakdidactiek natuurwetenschappen op een hedendaags thema Nascholing CO2 waar vakdidactische resultaten en praktijkmateriaal gepresenteerd werden aan leerkrachten SO in samenwerking met studenten lerarenopleiding Renaat

Inspiratiegids: concept van de cover Inzichten vanuit fysica, chemie, biologie maar ook de synthese ervan zijn nodig in natuurwetenschappen... Laura ... om de natuur volledig te begrijpen Interdisciplinaire aanpak in natuurwetenschappen

Het belang van de verwondering in NW “Wie kent geen verwondering bij het bekijken van de sterrenhemel of het zien van de rijkdom in de natuur?” Laura Jongeren vandaag: leven eerder ‘ver’ van de natuur zien de verschijnselen van de natuur niet in de technologie Minder fascinatie voor de natuur en het begrijpen ervan Belangrijke taak van het vak NW: interesse van de jeugd voor de levende en niet-levende natuur opwekken.

Rol van illustraties in de gids meer dan ‘illustraties’! inspirereren tot verwondering reflecteren over eigen kijk naar de natuur Fysicus, chemicus en bioloog zien iets anders in hetzelfde beeld. Ze kijken met een andere ‘bril’. Voorbeeld: olievlek Laura Vak natuurwetenschappen: op verschillende manieren naar de natuur leren kijken

Structuur inspiratiegids Gebaseerd op resultaten SoE Kernproject Vakdidactiek Vak3dactisch model 8 kwaliteitsindicatoren worden uitgewerkt met voorbeelden voor het vak natuurwetenschappen R Filosofisch kader: school als vrije plaats. Gebaseerd op resultaten van: SoE project Liefde voor het Vak

Inhoud inspiratiegids R: inhoud exemplarisch overlopen, per onderdeel

A. Achtergrond: terminologische verwarring? Geïntegreerd, of interdisciplinair? Of thematisch? Of ergens op de trap? Multidisciplinair, interdisciplinair, transdisciplinair?

De rol van het synthesemoment in NW Hoe komt het dat een ijsvogel een strenge winter kan overleven? L Waarom kan een gekko aan het plafond blijven hangen? Om deze vragen te kunnen beantwoorden: Inzichten uit de fysica, de chemie en de biologie combineren om tot een synthese te komen. Interdisciplinaire aanpak nodig!

1. Natuurwetenschappen anders leren kennen Als elke discipline andere vragen stelt, welke vragen moet een leerkracht natuurwetenschappen dan stellen?

Gemeenschappelijke kenmerken natuurwetenschappelijke disciplines Verlangen naar weten Natuurwetenschappelijke methode Rol van abstractie Consistentie LET OP: Accent in eindtermen voor wetenschappelijke vaardigheden ligt op natuurwetenschappelijke methode!

Eigenheid vs. gemeenschappelijkheid?

2. Het vak afstemmen op het leren van de lerenden Preconcepten en misconcepten. Onderwijs kan helaas ook misconcepten introduceren. Grotere risico in het vak natuurwetenschappen. Leerkrachten kunnen zelf preconcepten doorgeven, in het bijzonder in de disciplines waarvoor ze niet opgeleid zijn. L Misconcept in de natuurwetenschappen: De school geeft een redelijk eenzijdig en normerend beeld van de natuurwetenschappelijke methode als het volgen van een aantal ‘regeltjes’. Zie bv. Hodson, 1998: http://web.missouri.edu/~hanuscind/8710/Hodson1998.pdf Link met startend SoE project: Onderzoek als authentieke leerinhoud Naar een didactiek van ondezoek in beweging

3. Kennisbasis algemene didactiek 4 3. Kennisbasis algemene didactiek 4. Didactiek relevant vertalen naar eigen vak Metacognitie in wetenschappen en de ‘Nature of Science’: Wie een recept volgt, weet daarom nog niet wat koken is. Je moet het ook hebben over wat koken eigenlijk is, ten einde het koken zelf te verbeteren. L Men gaat er vaak van uit dat de leerling door wetenschappen in de klas te bedrijven, wel zal begrijpen wat men aan het doen is. Net zoals bij het koken, blijkt dit een ‘preconcept’ te zijn (van de leerkracht!) dat helaas niet geldig is in de vakdidactiek.

5. Het vak NW laten uitdagen Nanowetenschap Katrien

6. Uitgedaagd worden door de praktijk Enquête afgenomen: 163 leerkrachten SO, 27 docenten lerarenopleiding Hoewel veel leerkrachten vinden dat de huidige lerarenopleidingen onvoldoende voorbereiden om het vak NW te geven, vindt de meerderheid zichzelf wel voldoende geschoold. Katrien Dit staat in schril contrast met het feit dat een aanzienlijke groep docenten van de lerarenopleiding zichzelf onvoldoende geschoold vindt om alle natuurwetenschappen te geven.

7. Een relevante vakdidactiek natuurwetenschappen opbouwen Een goede leraar natuurwetenschappen... Heeft inzicht in de leerlijnen van elk vak. Is zich bewust van preconcepten bij leerlingen. Hanteert de juiste vakterminologie over de disciplines heen. Is geboeid door biologie, fysica en chemie. Kan deze passie overbrengen op zijn leerlingen. Is bereid zich te verdiepen in elk vak en er leraar in te zijn. Kijkt met de bril van een fysicus, chemicus, bioloog en natuurwetenschapper. Heeft oog voor interdisciplinariteit. Ziet mogelijkheden voor integratie. Hanteert vlot de meetinstrumenten en didactische materialen van de verschillende vakken. Katrien

8. Een vakdidactiek opbouwen op onderzoek NW Wetenschap voor de burger Wetenschappelijke geletterdheid Bereiken van MAAR... Geen wetenschappelijke evidentie dat de integratie van fysica, chemie en biologie de wetenschappelijke geletterdheid bevordert! Katrien Integratie is per se geen wondermiddel! Onderzoeksresultaten STEM didactiek inbouwen in didactiek NW Gesteund op resultaten SoE project P-reviews

Case CO2 en klimaat Try-out in de vorm van een nascholing Interdisciplinaire aanpak, hedendaags thema: Inleiding: algemene aspecten vakdidactiek NW Oefening: welke vragen zou je stellen over CO2 voor jezelf en in de les? Kijken naar CO2 en klimaatproblematiek met de bril van - de chemicus - de fysicus - de bioloog Synthesemoment: klimaatmodellen. Om dit probleem op te lossen: inzichten van biologie chemie fysica combineren R Leermateriaal CO2 en klimaat beschikbaar op www.vakdidactiek.be

Met de bril van de chemicus Onderzoek naar: Productie van CO2 Omzetten van CO2 Meten van concentratie CO2 Eigenschappen van CO2 R

Met de bril van de fysicus Waarom stijgt temperatuur van atmosfeer met meer broeikasgassen? Welke gassen in atmosfeer hebben broeikaseffect? Waarom interactie van IR-fotonen met atmosfeer en geen interactie met zichtbare fotonen? Waarom interactie IR-fotonen met broeikasgassen maar niet met zuurstof en stikstof? R

Met de bril van de bioloog Vanwaar komt CO2? a) Produceren levende wezens CO2? b) Produceert het menselijk lichaam CO2? c) Produceren gistcellen CO2? R Hoe komt het dat deze bomen sneller groeien als er meer CO2 is? Waarvoor hebben planten CO2 nodig? Is fotosynthese-intensiteit afhankelijk van de CO2-concentratie?

Synthese: klimaatmodellen Klimaat begrijpen, Klimaatveranderingen voorspellen? R Om dit op te lossen: inzichten van biologie chemie fysica combineren!

Klimaat verklaren? BROEIKASEFFECT: KERNIDEE Invloed van omgeving (T en pH) op reacties met CO2 Onderzoeksvraag 4 CHEMIE - proeven Hoe CO2 wegnemen? Onderzoeksvraag 2 CHEMIE - proeven Waarom wordt straling geabsorbeerd door moleculen? Onderzoeksvraag 7 FYSICA – resonantieproeven Welke gassen zijn broeikasgassen? Kijk naar interactie met IR straling CO2, maar ook ... Onderzoeksvraag 6 FYSICA – PhET applet BROEIKASEFFECT: KERNIDEE Energiebalans zon-atmosfeer-aarde bepaalt T atmosfeer. Hoe CO2 produceren? Onderzoeksvraag 1 CHEMIE- proeven Concentratie broeikasgassen (oa CO2) in de atmosfeer heeft een invloed op energiebalans en dus op T Meer broeikasgassen –> stijgt T Waarom? De interactie tussen de moleculen van bepaalde gassen (broeikasgassen) in de atmosfeer met IR straling geproduceerd door de aarde zorgt ervoor dat de IR straling niet ‘weggaat -> T stijgt Onderzoeksvraag 5 FYSICA – PhET applet Wat bepaalt/beinvloedt de concentratie van CO2? Hoe weten wat de concentratie van CO2 is? Wie/wat beinvloedt de concentratie van CO2 in de natuur? Produceren levende wezens CO2? Onderzoeksvraag 8 BIOLOGIE - proeven Meten van CO2 Onderzoeksvraag 3 CHEMIE - proeven Nemen planten CO2 op? Onderzoeksvraag 9 BIOLOGIE - proeven

Verdieping: complexiteit - klimatologie en de andere wetenschappen Atmosferische fysica METEREOLOGIE OUTPUT: Weerbericht Weersystemen Korte termijn, max 2 weken Atmosferische wetenschappen Astrofysica Lange termijn Atmosferische Chemie Frequentie/trends In weersystemen KLIMATOLOGIE Klimaat als resultaat wisselwerking ATMOSFEER ZON LAND+OCEANEN Wiskunde Informatica Geobiochemie Kwantitatief Complex: computer nodig! KLIMAAT- MODELLEN energiebalans Zon- aarde+atmosfeer Ecologie Geowetenschappen INPUT Parameters die situatie zon, aarde-atmosfeer aangeven, bv. concentratie CO2 Oceanografie Fysische geografie Glaciologie Vulkanologie OUTPUT: T Voorspelling temperatuur aarde Hydrologie In het verleden testen, voorspelling met oude data vergelijken

C. Besluit Kwaliteitsvolle vakdidactiek NW NW fascinerend menselijk avontuur belichaamd door grote wetenschappers, met als drijfveer het verlangen naar weten Gemeenschappelijk: Unificerende concepten -> abstractie Consistentie Onderzoekende houding Context: niet enkel alledaags, durf ook moderne wetenschappen, hedendaagse research, buiten leefwereld… geen plakwerkdidactiek afzonderlijke disciplines niet negeren Synthese tussen 3 vakken cruciaal (interdisciplinair) Leraar gids doorheen NW kernconcepten -> superman of -vrouw R

Buitenlandse inspiratie Baden-Württemberg Verdiepen in disciplines én synthese 31

VAKDIDACTIEK NATUURWETENSCHAPPEN Conclusie In de initiële opleiding niet mogelijk om de drie vakken + synthese te doen BaSO Lerarenopleiding 2 vakken (meestal 1 wet. Vak) -> Voortgezette opleiding -> extra vak(ken) + synthese toevoegen - > koppelen aan vakdidactisch onderzoek R 32

Natuurwetenschappelijke vragen stellen? Discussie: Natuurwetenschappelijke vragen stellen? Verband vraag - achtergrond? Vakkennis Vaardigheden Liefde voor het vak?

Onze inspiratiegids kan besteld worden en de leermaterialen voor de case CO2 en klimaat zijn beschikbaar op: http://www.vakdidactiek.be/natuurwetenschappen