‘Love, fun and meaning’ Lesgeven met wetenschap en technologie Hanno van Keulen - Universiteit Utrecht Opening Studiejaar Iselinge Hogeschool 11 september 2013

Voorstellen Hanno van Keulen was/is/wordt: Scheikundige Nieuwsgierige Programmaleider Bètatechniekonderwijs bij het Centrum voor Onderwijs en Leren, Universiteit Utrecht TalentenKracht Utrecht Wetenschapsknooppunt Utrecht Kenniscentrum Talentontwikkeling, Wetenschap & Techniek Midden Lector Leiderschap in Onderwijs en Opvoeding bij Windesheim Almere

Waarom ‘love, fun and meaning’? Is een citaat van Manfred Kets de Vries (internationaal vermaard organisatie-adviseur) ‘Love’: staat voor persoonlijke aandacht, verbondenheid ‘Fun’: je wilt met plezier naar je werk, naar school ‘Meaning’: werken en leren moet zin hebben En wat heeft dat te maken met wetenschap en technologie?

Een ei in de magnetron?

Boodschap W&T is belangrijk voor alle kinderen en voor Nederland (‘meaning’) W&T sluit perfect aan bij hoe kinderen leren (‘love’) Onderzoekend en ontwerpend leren is (bijna) hetzelfde als ‘goed onderwijs geven’ (‘fun’)

Het ‘Techniekpact’ 13 mei 2013 sloot het kabinet samen met werkgevers, het onderwijs en de werknemers- organisaties het ‘Techniekpact’. Het pact moet de aansluiting van het onderwijs op de arbeidsmarkt in de technieksector verbeteren en daarmee het tekort aan technisch personeel terugdringen. Hogere instroom (beroeps)opleidingen techniek en verhogen kwaliteit via publiek-private samenwerking; Optimale doorstroom, aantrekken en behoud van (internationaal) technisch personeel; Meer aandacht voor bèta/techniek in het funderend onderwijs (PO en VO). Uitgewerkt in Rapport Clevers/Willems ‘Wetenschap en technologie primair onderwijs’

We hebben zorgen om het funderend onderwijs! De basis voor elke toekomst wordt gelegd in de basisschool, dus ook die van de ingenieur en de installateur. Is die toekomst daar goed belegd? Ca. 4% van de schooltijd in NL is over W&T tegen 10% gemiddeld (TIMSS) In NL haalt slechts 3% van de kinderen het excellente niveau (TIMSS) Nederlandse meisjes doen het slechter dan jongens (PISA): dat patroon komt verder nergens voor 13% van de leraren doet nooit ‘een proefje’ Slechts 5% van de NL kinderen doet wel eens de hele cyclus van ‘onderzoekend/ontwerpend leren’ (tegen 40% OESO)

Doelen basisonderwijs De basisschool leidt geen loodgieters of astronauten op De basisschool behoort kinderen wel te oriënteren op ‘de wereld’ en op hun talenten: De drieledige functie van het basisonderwijs is: het draagt bij aan de persoonlijke ontwikkeling van kinderen; het zorgt voor overdracht van maatschappelijke en culturele verworvenheden; het rust kinderen toe voor participatie in de samenleving.

‘De leerlingen leren ...’: Hoe laat is het hier? Acht uur ‘s avonds Één uur ‘s nachts Tien uur in de ochtend Geen flauw idee

Waarom is het ‘s zomers warmer?

Zijn we ‘s zomers dichter bij de zon?

W&T: Een vak? Of een benadering? “De commissie wil onderstrepen dat wetenschap en technologie in haar ogen géén apart vak is, maar een vakoverstijgende benadering. Meer ruimte in het primair onderwijs voor wetenschap en technologie betekent dan ook niet per se een extra belasting voor scholen en leraren. Het vergt vooral een andere manier van lesgeven. De methodiek van het onderzoekend en ontwerpend leren kan worden gekoppeld aan alle vakken en activiteiten, van taal, rekenen, aardrijkskunde, geschiedenis en biologie tot aan de meer creatieve vakken en het schooltoneel.”

W&T: een krachtige leeromgeving “Het licht neemt de schaduw mee en daardoor wordt de schaduw steeds groter!” Kinderen leren: taal, wiskunde, sociale vaardigheden, executieve vaardigheden, hogere-orde denkvaardigheden

Lesgeven over en met wetenschap en technologie Hoe creëer je zo’n krachtige leeromgeving? Ruimte geven aan zintuiglijke, lichamelijke exploratie Nieuwsgierigheid vertalen naar passende leerprocessen: Onderzoekend en ontwerpend leren volgens de empirische cyclus (De ‘black box’ openmaken) (Kennis vermeerderen door opzoeken en uitzoeken) De wereld in: contexten verkennen Verbindingen zoeken. Wetenschap en techniek als middel voor: Taal- en rekenvaardigheden (Wereldoriëntatie, burgerschap, muziek, beweging, ...) (Ontwikkeling van hogere orde cognitieve vaardigheden, sociale vaardigheden en executieve functies)

Kennis is ‘lichamelijk’ Van Piaget naar Gibson en Thelen Van mentale representaties naar actie-perceptie systemen Van mind-body dualisme naar interactionisme Motorneuronen, spiegelneuronen en taalcentrum

Taal - Waarom begrijpen wij elkaar? Abstracte begrippen zijn metaforen met lichamelijke oorsprong Be’grijpen’ Stroom Ruimte Woorden alleen zijn geen ervaringen en leiden niet zonder meer tot begrip “Hemellichaam – Iets wat een baan in de ruimte aflegt”

Wetenschap en technologie is taal leren Zelfs de grammatica vertoont sporen van embodiment en actie-perceptie: Werkwoorden voor proces (beweging, actie, contact) en toestand (resultaat, effect, bezit) gedragen zich anders: ‘Een glas met water vullen’ (resultaat) versus ‘een glas met water schenken’ (beweging) ‘Jan gaf zijn auto aan hem’ en ‘Jan gaf hem zijn auto’ versus ‘Jan reed zijn auto naar het plein’ en ‘Jan reed het plein zijn auto’ ‘Ik zeg je: doe het niet’ versus ‘Ik schreeuw je: doe het niet’ ‘Anna brak het glas’ en ‘Het glas brak’ versus ‘Anna sneed het touw’ versus ‘Het touw sneed’. Zonder zintuiglijke ervaring met deze processen ontwikkelt zich geen goed werkwoordgebruik

Exploreren: een relatie leggen tussen de materiële omgeving en je lichaam Actiemogelijkheden herkennen Vaardigheden ontwikkelen Herkennen waar je iets kunt vastmaken Een hamer zien als verlengstuk en verzwaring van je arm

Grijpen, draaien, slaan, wrijven, vasthouden, … Grijpen, draaien, slaan, wrijven, vasthouden, …. het zijn je handen maar dan ‘handiger’

Jonge kind: exploreren van de natuurlijke wereld Aarde, water, lucht, vuur Vast, vloeibaar, gas Poeder, emulsie, damp Massa, evenwicht Krachten, draaien, versnelling Licht, kleur, schaduw, spiegel Geluid, trillingen Warmte

Van exploratie naar onderzoeken: de empirische cyclus 2. Denken 3. Meten & Doen 4. Antwoorden 0. Zien 5.Schrijven/ Tekenen 1. Vragen Hoe

Het begint met aandacht krijgen

Dan komt de verwondering? Hoe zit dat?

Vragen leiden tot onderzoek en (soms) tot kennis en inzicht

Onderzoekend en ontwerpend leren Iets materieels zorgt voor aandacht Kinderen hebben daardoor een vraag (‘hoe zit dat?’) of een probleem (‘kan dat beter?’) Dit ontlokt een leerproces volgens een empirische cyclus (explorerend, onderzoekend, ontwerpend of ‘uitzoekend’ leren) Hierbij worden allerlei vaardigheden ontwikkeld: inbeeldingsvermogen, zelfsturing, kritisch denken, samenwerken, presenteren Het proces leidt tot beter begrip van de materiële werkelijkheid (antwoorden op vragen; oplossingen van problemen) en tot handelingservaring: de basis voor vaardigheid

Vragen over het bakken van een cake Uitzoeken: Wat er gebeurt Opzoeken: Verklaringen Met rijstmeel Met gist Zonder boter Zonder ei

Samenwerken met beroepsmensen: ‘Hoe stroomt een rivier?’

Kinderen als echte onderzoekers!

Glijbanen Een les onderzoekend leren voor Algemene informatie en voorbereiding Deze les is bedoeld voor de middenbouw en/of bovenbouw en duurt ongeveer 1 uur. Je kunt de les gemakkelijk uitbreiden zodat de kinderen er twee uur (een middag) aan kunnen werken. Het thema is’ glijden’. Het is de eerste les in een reeks van drie. De tweede les gaat dieper in op het begrip ‘wrijving’. De derde les gaat over een speciale vorm van glijden, namelijk het glijden van korrels (‘lawines’). De werkvorm is onderzoekend leren, volgens de empirische cyclus. In deze les gaan de kinderen een onderzoeksvraag over ‘glijden’ stellen en onderzoeken. Benodigdheden  A: Banken of of planken die als glijbaan kunnen dienen gebruik liefst banken uit het speellokaal, ook de grotere sjouwplanken die veel scholen buiten of in de bouwhoek hebben zijn goed bruikbaar; eventueel linialen: als de kinderen het maar onder een hoek kunnen plaatsen en er iets over kunnen laten rollen of glijden. B: Verschillende voorwerpen die heel goed of juist heel slecht glijden, en die passen bij het formaat van de glijbaan die je gaat gebruiken. Denk aan blokken, kartonnen dozen, gummen, bolletjes klei, speelgoedauto’s, stukjes zeep, speelgoedpoppen, playmobil poppetjes, paperclips, dopjes. Groot materiaal (en dus een groot formaat glijbaan) heeft de voorkeur. C: pennen/potloden, onderzoeksformulieren, extra papier waar de kinderen vragen en waarnemingen op kunnen tekenen, evt. rolcentimeters, stopwatches   Organisatievorm De les komt het beste tot zijn recht wanneer de leerlingen in tweetallen werken. Individueel kan ook, maar door in tweetallen te werken stimuleer je dat kinderen aan elkaar duidelijk moeten maken wat ze bedoelen en taken moeten verdelen. Daarmee ontwikkelen ze taalvaardigheden en sociale vaardigheden. Bij grotere groepjes is het risico op ‘meeliften’ groot want dan is er te weinig te doen voor alle kinderen tegelijk. Laat liever de kinderen in twee rondes werken (laat de ander helft dan aan een andere opdracht werken) dan uit materiaalgebrek in grotere groepjes te gaan werken. Het is belangrijk dat alle kinderen zelf hands-on met de materialen kunnen werken en zelf hun eigen vraag kunnen stellen en onderzoeken. Leerdoelen De les past bij Kerndoel 42: ‘De leerlingen leren onderzoek doen aan materialen en natuurkundige verschijnselen’; bij Kerndoel 2: “De leerlingen leren zich naar vorm en inhoud uit te drukken bij het geven en vragen van informatie, het uitbrengen van verslag, het geven van uitleg, het instrueren en bij het discussiëren’, en bij Kerndoel 33: ‘De leerlingen leren meten en leren te rekenen met eenheden en maten.’ Meer concreet: Kinderen ervaren de empirische cyclus van onderzoeken en leren een enkelvoudige onderzoekbare vraag te stellen. Kinderen leren dat ze zelf onderzoek kunnen doen en of hen dat goed afgaat. Kinderen oefenen in nauwkeurig (herhaald) doen van metingen. Kinderen oefenen met het invullen van een onderzoekformulier. Kinderen benoemen hun ervaringen en ontwikkelen stukjes vaktaal. Dit gedrag van kinderen kun je observeren en daar tijdens het proces en na afloop feedback op geven. Wat doen ze (al) goed? Wat kan (nog) beter? Het proces: waar kunnen kinderen aandacht voor krijgen? Wat kunnen kinderen gaan doen? Kinderen zullen kunnen waarnemen dat verschillende spullen sneller en langzamer naar beneden schuiven langs een zelfde bank. Ze kunnen ook waarnemen dat de snelheid afhangt van de hoek: als de bank steiler staat gaat het sneller. Kinderen kunnen uit hun ervaringen afleiden dat het materiaal waar iets van gemaakt is, en de vorm die het heeft, uitmaakt. Ze kunnen de spullen indelen in categorieën en daarover redeneren. Ze kunnen zich gaan afvragen wat de oorzaak is van waargenomen verschillen en daar ideeën over ontwikkelen. Ze kunnen die ideeën vervolgens gaan testen. Eigen voorbereiding en verdieping Het natuurkundige verschijnsel dat in de les centraal staat is glijden. Wat weet je daar zelf van? Wanneer glijdt iets makkelijk of moeilijk? Waar hangt dat van af? Hoe zou jij dat verklaren? Ken je andere voorbeelden uit het dagelijks leven dan de glijbaan? Het begrip waarmee het gemak waarmee iets glijdt wordt beschreven is ‘wrijving’. Als iets gemakkelijk en/of snel glijdt is er weinig wrijving. Zoek eens op Wikipedia of een andere bron naar ‘wrijving’. Bedenk situaties waar weinig wrijving handig is, en waar veel wrijving handig is. Glijbanen Een les onderzoekend leren voor middenbouw en bovenbouw basisonderwijs Hester Kleinhans – De Ontdekkingsreis Maarten Kleinhans – Universiteit Utrecht en De Jonge Akademie

Stap 6. Presenteren Presenteer: Ging alles zoals je had verwacht? Je onderzoeksvraag Je aanpak Je conclusies Je verklaringen Ging alles zoals je had verwacht? Hoe zeker ben je over je conclusies? Welke vragen heb je nog? Aanwijzingen bij stap 6: presenteren Tijd: 5 minuten als je de les in een uur wilt afronden. Laat alle kinderen/tweetallen zo kort mogelijk vertellen wat ze wilden weten en wat hun conclusies waren. ‘Bij een echt onderzoek hoort ook dat je je uitkomsten opschrijft, vertelt aan anderen, of er een poster over maakt’. ‘Vertel kort wat jullie wilden weten en wat jullie conclusies zijn’. Luister goed naar de termen die de kinderen gebruiken om hun ervaringen en conclusies te beschrijven. Vraag daarop door, wat ze bedoelen met ‘glad’, of ‘stroef’, of met ‘wrijving’. Hoe was, achteraf gezien, de kwaliteit van de onderzoeksvragen van de kinderen? Konden ze de dingen eerlijk vergelijken? Zijn de metingen betrouwbaar? Zijn de conclusies geloofwaardig? Wat vinden ze daar zelf van? Kunnen we nu ook wat algemene conclusies trekken over wanneer iets goed of slecht glijdt? Luister weer goed naar wat kinderen zeggen. Waar hangt het volgens hen van af? Gewicht? Grootte van het oppervlak dat contact maakt met de glijbaan? Verschillen in materiaaleigenschappen? Benoem dit en vat het samen. Geef de kinderen feedback op de kwaliteit van hun onderzoek: was de onderzoeksvraag inderdaad eenduidig genoeg? Was de aanpak succesvol? Hebben we iets geleerd: kunnen we uit de waarnemingen en metingen bepaalde algemeen geldige conclusies trekken? Geef ook aan waar het misschien nog beter had gekund. Variant: presentatie voor andere kinderen ‘Hoe kunnen we zorgen dat andere kinderen in de school dit ook weten?’ ‘Maar kan Stijn uit groep 3 dat ook snappen?’ ‘Of Isa uit groep 7?’ ‘Hoe zouden we dat kunnen bereiken?’

Succesfactor 1: Goede interactie Interactie is niet hetzelfde als instructie geven Instructies, kookboekvoorschriften, handleidingen, werkbladen, techniekkisten e.d. hebben (grote) nadelen: Het onderliggende belang raakt uit het zicht (‘Waarom doen we dit eigenlijk?’) Zelf nadenken is niet nodig (‘hand-on, minds-off’) Het resultaat komt voorop te staan, in plaats van het (leer)proces Dus: vragen, doorvragen, coachen en feedback geven (‘scaffolding’; ‘dialogic teaching’) Wees niet bang voor verlies van controle!

0. Introductie van probleem en/of materiaal (kan spontaan). Ontdekken Kennismaken Aanrommelen Denken: hé, hoe zit dat?? 1. Verzinnen van vragen - Hypothese formuleren Wat wil je (nog meer) weten? Hoe zit het (dan) met .... ? Hoe komt het (dan) dat? Denken over het antwoord: Hoe denk je dat het in elkaar zit/gaat/werkt? Dit is je hypothese! Ik denk dat als ..... dat er dan ......; Ik denk dat .... komt door .....; Ik denk dat om ..... te doen er ... nodig is. 5. Laat je eigen lichtje stralen - Rapportage Schrijf je uitkomsten op en presenteer ze aan anderen. 2. Hoe ga je dit uitvinden – Testsituatie ontwerpen Welk onderdeel zou je kunnen testen? Hoe doe pak je dat aan? Wat heb je daar bij nodig? 4. Nadenken – Evalueren, hypothese toetsen Kloppen de data met wat je dacht? Waarom? Wat betekent dat voor je hypothese? Klopt het, of niet of een beetje? ..... als je nu gaat verzinnen hoe dat komt, zit je weer in stap 1. 3. Uitvoeren –Data verzamelen & vastleggen Testopstelling maken Test uitvoeren (data verzamelen) Uitkomsten opschrijven

Waar mag het over gaan? Contexten geven betekenisvolle ervaringen Wonen Tuin, park en natuur Lichaam, ziekte en gezondheid Veiligheid Voeding en landbouw Energiegebruik Mobiliteit en transport Gebouwen en constructies 9. Communicatie 10. Muziek, kunst en cultuur Sport, spel en beweging Ontspanning en uitgaan 13. Kleding 14. Schoonmaken 15. Water en watermanagement Grond, stenen, bodem en aarde Weer, klimaat, lucht en hemel 18. Hergebruik, duurzaamheid en kringlopen

Levensmiddeltechnologie? Gezondheid? Taal? Rekenen?

Wetenschap en techniek raakt je eigen leven Persoonlijk belang: Waarom moet ik mijn handen wassen? Burgerschap: Hoe kun je water besparen? Waar komt water vandaan en waar gaat het heen? Hoe regelen we dat in de samenleving? Werk: Wie maakt dat allemaal?

Welke brug is dat? Een hangbrug Een leggerbrug Een boogbrug Ik zou het niet weten (maar we zoeken het uit)

Een boogbrug maken met rietjes?! Kan dat beter?

Onderzoekend en ontwerpend leren met ‘Water’ 1/2 paraplu 3 drijven en zinken 4 dijk 5 brug 6 waterrad 7 sluis 8 waterzuivering

Onderzoeken en ontwerpen in rond Sinterklaas (Zie ginds komt) de stoomboot: Hoe werkt dat? Kan dat beter? Navigeren: kompas, sterren, kaarten Drijven (en zinken): dichtheid en opwaartse kracht; golven Beladen (en kapseizen): ruimte vullen; verpakkingsmateriaal; verhouding inhoud / oppervlakte Uitladen: kraan, lier, glijbaan, katapult Varen: stoom; uitzetten van gas; motor De ‘pop-pop boot’ maken

Zelf leren kijken en vertellen

Favoriete bronnen

Ook met W&T moet je ‘opbrengstgericht’ werken Niet blijven steken in de activiteit maar leerdoelgericht werken Kinderen inhoudelijke feedback geven op hun ontwikkeling Leerlingen volgen: Hoe ze de materiële wereld intuïtief begrijpen Hoe hun onderzoekende houding en vaardigheden zich ontwikkelen Wat ze begrijpen en wat ze aan kennis hebben verworven Dossier meegeven voor vervolgonderwijs

Wetenschap en technologie is doel én middel Wetenschap en technologie is geschikte context om andere doelen te bereiken Zorg dat je wetenschap en technologie kunt verbinden met taal, rekenen, geschiedenis, ...... Zorg je zelf onderwijs kunt ontwerpen, zodat het rooster en de methodes dienend zijn en niet te dwingend zijn Leer je aan om W&T niet (alleen) als vak(je) te zien maar als onderdeel van alles: Luizencontrole; zonnewering; nieuw schoolplein; vlekken; handen wassen; tussendoortje; verbouwing, ....... Leer je aan om W&T te benutten voor ‘passend onderwijs’: Uitdagingen voor de meerbegaafden Afwisseling van denken en doen Talig voor wie dit nodig heeft

Voor wie zich wil verdiepen: Chemero, A. (2003). An Outline of a Theory of Affordances. Ecological Psychology, 15(2), 181-195. Fischer, K. W., & Bidell, T. R. (2006). Dynamic development of psychological structures in action and thought. In W. Damon & R. M. Lerner (Eds.), Handbook of child psychology (Fifth edition). Volume 1: Theoretical models of human development (pp. 467‐561). New York: Wiley. Gallese, V., & Lakoff, G. (2005). The brain's concepts: The role of the sensory-motor system in conceptual knowledge. Cognitive Neuropsychology, 21, 1-25. Gibson, E. J., & Pick, A. D. (2000). An ecological approach to perceptual learning and development. New York: Oxford University Press. Karmiloff-Smith, A. (1992). Beyond modularity: A developmental perspective on cognitive science. Cambridge, MA: The MIT Press. Keulen, H. van (2010). Wetenschap en techniek - IJkpunten voor een domein in ontwikkeling. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Keulen, H. van, & Oosterheert, I. (2011). Wetenschap en techniek op de basisschool. Groningen: Noordhoff. Keulen, H. van, & Sol, Y. (2012). Talent ontwikkelen met wetenschap en techniek. Utrecht: Centrum voor Onderwijs en Leren Universiteit Utrecht. Lakoff, G. (1987). Women, fire and dangerous things - What categories reveal about the mind. Chicago: University of Chicago Press. Nersessian, N. (2008). Creating scientific concepts. Cambridge (MA): MIT Press. Pinker, S. (2007). De stof van het denken - Taal als venster op de menselijke natuur: Olympus. Thelen, E., & Smith, L. B. (1994). A dynamic systems approach to the development of cognition and action. Cambridge (MA): The MIT Press. Van Geert, P. (1998). A dynamic systems model of basic developmental mechanisms: Piaget, Vygotsky, and beyond. Psychological Review, 105(4), 634-677. Van Geert, P. (2011). Talent for science and technology in children and their educators. Drawing the contours of the talent map. Den Haag: Platform Bèta Techniek. Vries, M. J. de, Keulen, H. van, Peters, S., & Walma van der Molen, J. (Eds.). (2011). Professional development for primary teachers in science and technology. The Dutch VTB-Pro project in an international perspective. Rotterdam: Sense. Wilson, M. (2002). Six views of embodied cognition. Psychonomic Bulletin & Review, 9(4), 625-636.

Dank voor jullie aandacht!