De Kennisbasis Onderbouw Natuurwetenschappelijke vakken en Technologie Faculty of Science Freudenthal Institute for Science and Mathematics Education De Kennisbasis Onderbouw Natuurwetenschappelijke vakken en Technologie PLG startbijeenkomst 11 maart 2014 Dirk Jan Boerwinkel Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen 11 maart 2014 Via Invoegen | Koptekst en Voettekst invoegen FIsme | Titel van de presentatie

Kennisbasis - Aanleiding en doel Voortvloeiend uit: Actieplan 'Beter presteren: Opbrengstgericht en ambitieus' van juni 2011 (OCW, 2011). Doel: Bijdrage leveren aan de verbetering van de leeropbrengst in de onderbouw van het voortgezet onderwijs, in internationaal perspectief (PISA) en met het oog op het onderwijs in de bovenbouw (vmbo en havo/vwo) zonder verplichtingen voor scholen ten aanzien van de wijze van realisering (het 'hoe’). Veronderstelling: Een zekere mate van concretisering van de huidige kerndoelen kan scholen en educatieve partners ondersteunen bij het realiseren van die ambitie en (meer) richting, (meer) inspiratie en tevens voldoende ruimte kan bieden voor curriculaire uitwerkingen op schoolniveau. 2

Bronnen bij de ontwikkeling van de kennisbasis De huidige kerndoelen Leerplan in beeld (http://leerplaninbeeld.slo.nl/) K-12 Science Education Framework/ Next Generation Science Standards PISA Framework voor Scientific Literacy 2015 3

Bron 1: Kerndoelen mbt werkwijzen 1. De leerling leert vragen over natuurwetenschappelijke, technologische en zorggerelateerde onderwerpen om te zetten in onderzoeksvragen, een dergelijk onderzoek over een natuurwetenschappelijk onderwerp uit te voeren en de uitkomsten daarvan te presenteren. 2. De leerling leert onder andere door praktisch werk kennis te verwerven over en inzicht te verkrijgen in processen uit de levende en niet-levende natuur en hun relatie met omgeving en milieu. 3. De leerling leert door onderzoek kennis te verwerven over voor hem relevante technische producten en systemen, leert deze kennis naar waarde te schatten en op planmatige wijze een technisch product te ontwerpen en te maken. 4. De leerling leert te werken met theorieën en modellen door onderzoek te doen naar natuurkundige en scheikundige verschijnselen als elektriciteit, geluid, licht, beweging, energie en materie.

Bron 1: Kerndoelen mbt inhouden 1. De leerling leert te werken met theorieën en modellen door onderzoek te doen naar natuurkundige en scheikundige verschijnselen als elektriciteit, geluid, licht, beweging, energie en materie. 2. De leerling leert kennis te verwerven over en inzicht te verkrijgen in sleutelbegrippen uit het gebied van de levende en niet-levende natuur, en leert deze sleutelbegrippen te verbinden met situaties in het dagelijks leven. 3. De leerling leert dat mensen, dieren en planten in wisselwerking staan met elkaar en hun omgeving (milieu), en dat technologische en natuurwetenschappelijke toepassingen de duurzame kwaliteit daarvan zowel positief als negatief kunnen beïnvloeden. 4. De leerling leert hoofdzaken te begrijpen van bouw en functie van het menselijk lichaam, verbanden te leggen met het bevorderen van lichamelijke en psychische gezondheid, en daarin een eigen verantwoordelijkheid te nemen. 5. De leerling leert over zorg en leert zorgen voor zichzelf, anderen en zijn omgeving, en hoe hij de veiligheid van zichzelf en anderen in verschillende leefsituaties (wonen, leren, werken, uitgaan, verkeer) positief kan beïnvloeden.

Bron 2: Next Generation Science Standards Gebaseerd op ‘A Framework for K-12 Science Education’ (NRC, 2012) Geïntegreerde leerdoelen met drie dimensies/componenten: Science and Engineering Practices Disciplinary Core Ideas Crosscutting Concepts

Keuze voor de Kennisbasis; doelen in drie dimensies Integratie van: Karakteristieke werkwijzen Vakinhoudelijke begrippen en relaties Karakteristieke denkwijzen

1. Karakteristieke werkwijzen in de Kennisbasis Manier van werken van natuurwetenschappers, ingenieurs en technici, toegespitst op het betreffende kennisgebied. Inzicht hierin is nodig om te kunnen interpreteren hoe kennis tot stand komt. Gekozen is voor de volgende werkwijzen: De werkelijkheid onderzoeken . Modelgebruik en – ontwikkeling . Onderzoeken . Ontwerpen Omgaan met informatie . Informatievaardigheden . Redeneervaardigheden . Waarderen en oordelen . Reken- en wiskundige vaardigheden In de Kennisbasis worden de werkwijzen geformuleerd in de vorm van activiteiten die gekoppeld kunnen worden aan de vakinhouden. 8

Voorbeeld werkwijzen; bespreken van modellen Vak onderwerp Model Type model Natuurkunde Faseovergangen Deeltjesmodel in tekening Deeltjesmodel Scheikunde Molecuul 2D en 3D modellen Structuurmodel Natuurkunde/biologie Oog Model met beeldvorming Functioneel model Biologie Cel Schaalmodel, afbeelding Biologie, techniek Regulatie Terugkoppelingsschema Schema Fysische geografie/ biologie Landschap Kaart Kaartmodel Fysische geografie Stralingsbalans Model stralingsbalans Input-output model

Modellen bespreken met leerlingen ‘Een model is meestal een vereenvoudiging van de werkelijkheid en heeft bepaalde kenmerken. Van leerlingen wordt verwacht dat zij kunnen aangeven welke kenmerken van de werkelijkheid wel en niet zijn meegenomen. Voorbeeld van een activiteit om hier aandacht aan te besteden: Van een torso met de klas bespreken wat het model voorstelt (een deel van het lichaam op ongeveer ware grootte) en wat daarvan wel en niet te zien is (de onderlinge ligging en grootte van de organen zijn wel te zien, processen zoals peristaltiek, kloppen van het hart niet). Bespreken dat een molecuulmodel van water wel kan aangeven hoe de atomen samen water vormen, maar niet dat water nat is.’   Belang meervoudige representaties 8 april 2017

3. Karakteristieke denkwijzen in de Kennisbasis Veel gebruikte denkwijzen van natuurwetenschappers, ingenieurs en technici, toegespitst voor het betreffende kennisgebied. Gekozen is voor de volgende denkwijzen Uit de NGSS: 1. patronen 2. oorzaak en gevolg 3. schaal, verhouding en hoeveelheid 4. systeem en systeemmodellen 5. behoud van energie en materie, transport en kringlopen 6. structuur en functie 7. stabiliteit en verandering aanvullend 8. duurzaamheid 9. risico’s en veiligheid In de Kennisbasis geformuleerd in de vorm van inzichten, die laten zien hoe specifieke vakinhouden beschouwd kunnen worden als voorbeeld van een groter idee. http://www.youtube.com/watch?v=pSb3tSKhCr0&list=SPllVwaZQkS2rtZG_L7ho89oFsaYL3kUWq&index=10 11

Voorbeeld integratie inhouden, werkwijzen,denkwijzen VAKINHOUDEN; - Onderscheiden van bekende stoffen in zuivere stoffen en mengsels en van de mengsels de bestanddelen benoemen - Soorten mengsels benoemen en beschrijven: suspensie, oplossing en legering    WERKWIJZEN Onderzoeken;      Zit er meer gas in gewone cola dan in light cola?                           Onderzoeken welke stoffen wel en niet mengen              Ontwerpen:         Onderzoeken hoe je van vuil afvalwater weer water kan maken om planten mee water te geven? (tevens context) Model;                deeltjesmodel van een mengsel (met grote/kleine deeltjes e.v.)             DENKWIJZEN; Laten zien dat dit onderwerp ook een voorbeeld is van Verandering en constantie stoffen zijn niet verdwenen, andere eigenschappen Systeem stoffen hebben interactie, daardoor andere eigenschap dan de afzonderlijke stoffen) Duurzaamheid; vaak moeilijk iets te scheiden als het eenmaal bij elkaar zit (afvalscheiding) In latere fasen meerdere ervaringen aan elkaar koppelen.

Verandering en constantie Wat is veranderd, wat is hetzelfde gebleven?

Andere voorbeelden van verandering en stabiliteit; Geef een voorbeeld van een verandering en geef aan wat er is veranderd en wat er hetzelfde is gebleven Voorbeeld: Veranderd (waarneembaar/theoretisch): Hetzelfde gebleven (waarneembaar/theoretisch):

Indeling Kennisbasis Gemeenschappelijk inleidend deel waarin de werkwijzen en denkwijzen worden beschreven Specifieke delen voor de vakgebieden natuurkunde, scheikunde, biologie, fysische geografie en technologie Per vak: deel voor havo/vwo, met cursieve aanduidingen waar vwo verschilt, en deel voor vmbo, met cursieve aanduidingen waar kgt verschilt Per vak worden voor havo/vwo en vmbo dezelfde domeinen beschreven (m.u.v. scheikunde, waar havo/vwo meer domeinen hebben)

Kennisbasis: structuur per vak en domein Korte introductie per vak Korte introductie per domein: Waar het om gaat Samenhang met andere onderdelen Integrale doelen integratie van inhouden, werkwijzen en denkwijzen contexten waarin kennis wordt gebruikt Drie dimensies afzonderlijk per domein werkwijzen vakinhouden denkwijzen 16

Waar het om gaat Waar het om gaat: een omschrijving van de aard en het belang van het betreffende kennisgebied. Het gaat hier om een herkenbare afbakening van het kennisgebied, tevens bedoeld om aan te geven dat de te leren kennis en vaardigheden dienen om de wereld te begrijpen en daarin adequaat te handelen. Dit biedt docenten, zo is de gedachte, handvaten om leerlingen te motiveren. 17

Integrale doelen Integrale doelen: doelen die de richting aangeven van de toetsing. Het gaat hierbij om vakinhoudelijke kennis in samenhang met denk- en werkwijzen die karakteristiek zijn voor natuurwetenschappen en technologie. De bedoeling van de integrale doelen is aan te geven dat het in het onderwijs niet alleen gaat om het leren van losse kennisonderdelen, vaardigheden en denkwijzen, maar ook om geïntegreerd gebruik in het dagelijks leven en in vervolgopleidingen. 18

Werkwijzen, vakinhouden en denkwijzen Vaardigheden en karakteristieke werkwijzen: dit betreft de gebruikelijke manier van werken van natuurwetenschappers, ingenieurs en technici, toegespitst op het betreffende kennisgebied. Inzicht hierin is nodig om te kunnen interpreteren hoe kennis tot stand komt. Karakteristieke denkwijzen: in deze rubriek gaat het om veel gebruikte denkwijzen van natuurwetenschappers, ingenieurs en technici, toegespitst voor het betreffende kennisgebied. 19

Wat is de Kennisbasis niet: De Kennisbasis is geen examenprogramma; richtinggevend voor invulling kerndoelen De Kennisbasis is geen pleidooi voor volledig geintegreerd natuuronderwijs, maar moet wel behulpzaam zijn om integratie in de gekozen vorm te verwezenlijken. De Kennisbasis is geen pleidooi om Techniek als vak te behouden of af te schaffen, maar heeft wel specifieke delen over technologie, en ontwerpactiviteiten in alle overige onderdelen

Welke hulp kan de Kennisbasis bieden bij projecten die integratie binnen de natuurwetenschappen beogen? 1. Beschrijving van gemeenschappelijke werkwijzen . stimulans voor gemeenschappelijke taal (model, controleproef) . stimulans voor gemeenschappelijke instructies voor leerlingen 2. Beschrijving van gemeenschappelijke denkwijzen . stimulans om hogere denkvaardigheden te stimuleren 3. Overzicht van de onderbouwstof vanuit alle vakken, met aanduiding van samenhang . contexten waarbinnen inhouden uit meerdere vakken relevant zijn (waterbeheer, voedselconservering etc)