Transcript Presentatie SoE-project 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
Katholieke
Hogeschool
Kempen
Els De Smet
Linda Clijmans
vakdidactici
biologie
Katrien Vyvey
vakdidacticus
fysica
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).
Niet vanzelfsprekend!
om natuurwetenschappen te geven
om toekomstige leerkrachten op te leiden voor NW
NW vs. FY/CHE/BIO
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?
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
Inspiratiegids: concept van de cover
Inzichten vanuit
fysica, chemie, biologie
maar ook de synthese
ervan zijn nodig in
natuurwetenschappen...
... 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?”
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
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
Filosofisch kader:
school als vrije plaats.
Gebaseerd op resultaten van:
SoE project Liefde voor het Vak
Inhoud inspiratiegids
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?
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.
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. 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.
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
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.
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.
8. Een vakdidactiek opbouwen op onderzoek
NW
Wetenschap
voor de burger
Bereiken
van
Wetenschappelijke
geletterdheid
MAAR...
Geen wetenschappelijke evidentie dat de integratie van fysica, chemie
en biologie de wetenschappelijke geletterdheid bevordert!
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
Leermateriaal CO2 en klimaat beschikbaar op
www.vakdidactiek.be
Met de bril van de chemicus
Onderzoek naar:
1. Productie van CO2
2. Omzetten van CO2
3. Meten van concentratie CO2
4. Eigenschappen van CO2
Met de bril van de fysicus
4. Waarom stijgt temperatuur van
atmosfeer met meer broeikasgassen?
5. Welke gassen in atmosfeer hebben
broeikaseffect?
6. Waarom interactie van IR-fotonen met
atmosfeer en geen interactie met
zichtbare fotonen?
7. Waarom interactie IR-fotonen met
broeikasgassen maar niet met zuurstof
en stikstof?
Met de bril van de bioloog
8. Vanwaar komt CO2?
a) Produceren levende wezens CO2?
b) Produceert het menselijk lichaam CO2?
c) Produceren gistcellen CO2?
9. Hoe komt het dat deze bomen sneller
groeien als er meer CO2 is?
a) Waarvoor hebben planten CO2 nodig?
b) Is fotosynthese-intensiteit afhankelijk
van de CO2-concentratie?
Synthese: klimaatmodellen
Klimaat begrijpen, Klimaatveranderingen voorspellen?
Om dit op te lossen:
inzichten van biologie chemie fysica
combineren!
Invloed van
omgeving (T en
pH) op reacties
met CO2
Onderzoeksvraag 4
CHEMIE - proeven
Hoe CO2
wegnemen?
Onderzoeksvraag
2
CHEMIE - proeven
Hoe CO2
produceren?
Klimaat verklaren?
Waarom wordt straling
geabsorbeerd door moleculen?
Welke gassen zijn
broeikasgassen?
Onderzoeksvraag 7
FYSICA – resonantieproeven
BROEIKASEFFECT: KERNIDEE
Kijk naar interactie met IR straling
CO2, maar ook ...
Energiebalans zon-atmosfeer-aarde bepaalt T
atmosfeer.
Onderzoeksvraag 6
FYSICA – PhET applet
Concentratie broeikasgassen (oa CO2) in de
atmosfeer
heeft een invloed op energiebalans en dus
op T
Onderzoeksvraag 1
CHEMIE- proeven
Wat bepaalt/beinvloedt de
concentratie van CO2?
Hoe weten wat de
concentratie van CO2
is?
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
Wie/wat beinvloedt de
concentratie van CO2 in de
natuur?
Produceren
levende wezens
CO2?
Nemen planten CO2 op?
Onderzoeksvraag 9
BIOLOGIE - proeven
Onderzoeksvraag 8
BIOLOGIE - proeven
Meten van CO2
Onderzoeksvraag 3
CHEMIE - proeven
Verdieping: complexiteit - klimatologie en de andere wetenschappen
Atmosferisc
he fysica
OUTPUT:
Weerbericht
METEREOLOGIE
Weersystemen
Atmosferische
wetenschappe
n
Korte
termijn,
max 2
weken
Astrofysica
Lange termijn
Frequentie/trends
In weersystemen
Atmosferisc
he Chemie
KLIMATOLOGIE
Klimaat als resultaat wisselwerking
ATMOSFEER
ZON
Wiskunde
LAND+OCEANEN
Geobiochemie
Kwantitatief
INPUT
Ecologie
Geowetenschappen
Oceanografi
e
Fysische
geografie
Glaciologie
Vulkanologi
e
Hydrologie
Parameters
die situatie
zon, aardeatmosfeer
aangeven,
bv.
concentrati
e CO2
KLIMAATMODELLEN
energiebalans
Zonaarde+atmosfeer
OUTPUT: T
In het verleden testen,
voorspelling met
oude data vergelijken
Voorspelling
temperatuur aarde
Informatica
Complex:
computer
nodig!
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
Buitenlandse inspiratie
Baden-Württemberg
Verdiepen in disciplines én synthese
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
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