Transcript 2 Les- en leerstofopbouw

2 Les- en leerstofopbouw
2.7 Didactische benaderingen
2.7 A
Concept-contextbenadering
Koos Kortland, Lucia Bruning & Berenice Michels
Inleiding
Een concept-contextbenadering van het natuurkundeonderwijs is meer dan aandacht voor concepten en het gebruik van contexten. Het gaat om de wisselwerking tussen concepten en contexten: contexten geven betekenis aan concepten,
en concepten worden wendbaar toegepast in verschillende contexten. In het
concept-contextvenster (Bruning & Michels, 2013) worden vier manieren onderscheiden om die wisselwerking vorm te geven.
Vakstructuur en context
Eén van de uitgangspunten van de concept-contextbenadering is dat (een deel
van) een vakgebied is weer te geven als een netwerk van samenhangende begrippen: een conceptueel netwerk. Het conceptuele netwerk omvat kernconcepten (centrale begrippen in het netwerk), concepten en vakbegrippen.
Energieomzettingen
Syllabus
Een voorbeeld van de onderverdeling in kernconcepten, concepten en vakbegrippen is te
ontlenen aan de Syllabus centraal examen 2015 Natuurkunde HAVO (CvE, 2012), subdomein C2 Energieomzettingen, met de volgende eindterm en specificatie:
Eindterm – De kandidaat kan in contexten de begrippen energiebehoud, rendement,
arbeid en warmte gebruiken om energieomzettingen te beschrijven en te analyseren.
Specificatie – De kandidaat kan:
1 berekeningen maken met betrekking tot kracht, verplaatsing, arbeid, snelheid en
vermogen,
● berekenen van arbeid uit kracht en verplaatsing alleen in situaties waarbij de
richting van de kracht evenwijdig is aan de verplaatsing.
2 energieomzettingen bij bewegingen analyseren,
● de wet van behoud van energie en de relatie tussen arbeid en kinetische energie
toepassen;
● minimaal de bewegingen: vrije val, valbeweging met wrijving en verticale worp;
● energieën: kinetische energie, zwaarte-energie, chemische energie, warmte;
● vakbegrip: wrijvingsarbeid;
● minimaal in de contexten: energiegebruik en energiebesparing in het verkeer, de
bewegende mens.
De volgende formules horen bij deze specificaties:
𝑊 = 𝐹∙𝑠
𝐸
𝑊
𝑃 = ,𝑃 = ,𝑃 =𝐹∙𝑣
𝑡
𝑡
1
𝐸k = 2 ∙ 𝑚 ∙ 𝑣 2 , 𝐸z = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ, 𝐸ch = 𝑟v ∙ 𝑉, 𝐸ch = 𝑟m ∙ 𝑚
𝑊tot = ∆𝐸k , 𝐸tot,in = 𝐸tot,uit
𝐸nuttig 𝑃nuttig
𝜂=
=
𝐸in
𝑃in
De eindterm en de bijbehorende specificaties zijn in subdomein C2 Energie en wisselwerking voor VWO vergelijkbaar, zij het met een breder scala aan situaties waarin arbeid
moet kunnen worden berekend (positieve en negatieve arbeid, arbeid bij een hoek 𝛼
tussen kracht en verplaatsing, arbeid bij een veranderlijke kracht), en met een breder
scala aan bewegingssituaties (trilling en stuiterbeweging, inclusief veerenergie).
Conceptuele vakstructuur
De fysische leerinhoud van dit subdomein is – met de in de specificatie van de eindterm
beschreven inperkingen – hiërarchisch in kaart te brengen zoals in de figuur hieronder.
Hierbij moet worden opgemerkt dat het onderbrengen van de verschillende begrippen
in de categorieën kernconcepten, concepten en vakbegrippen voor discussie vatbaar is.
Daarnaast lijkt de in de figuur hierboven gemaakte indeling van begrippen in de drie categorieën niet in overeenstemming met het in de syllabus gehanteerde concept ‘vakbegrip’.
1
Kernconcepten
energie
kracht
Concepten
energiesoort
vermogen
rendement
arbeid
Vakbegrippen
𝐸k , 𝐸z , 𝐸ch , 𝑄
𝑡
𝐸nuttig, 𝐸in
𝑠, 𝐹z , 𝐹n , 𝐹w
Een context wordt gedefinieerd als een situatie of probleemstelling die voor leerlingen betekenis heeft of krijgt door de uit te voeren leeractiviteiten. Kijkend naar
het karakter van de context, is er een onderscheid te maken tussen vier soorten
contexten:
Leefwereldcontexten – Deze zijn afkomstig uit het dagelijks leven van de leerlingen. Denk bijvoorbeeld aan sport, verkeer, medicijnen of de kwaliteit van
drinkwater.
Maatschappelijke contexten – Dit zijn contexten ontleend aan thema’s die relevant zijn in het maatschappelijk leven en de samenleving. Ze zijn doorgaans
verder verwijderd van de dagelijkse werkelijkheid van leerlingen dan de leefwereldcontexten. Voorbeelden zijn kernafval en duurzaamheid.
Beroepscontexten – Hiermee worden contexten bedoeld die afkomstig zijn uit
de praktijk van mensen die beroepsmatig in aanraking komen met een bepaald
vakgebied. Denk bijvoorbeeld aan de fysiotherapeut of de procestechnoloog.
Wetenschappelijke contexten – Hiermee worden vaak meer abstracte contexten bedoeld die afkomstig zijn uit de praktijk van de wetenschap. Een wetenschappelijke context is bijvoorbeeld het ontstaan van sterren of de chemische
structuur van DNA.
Er zijn verschillende redenen om contexten een rol te geven in het onderwijs, al
moet daarbij worden opgemerkt dat het meer gaat om veronderstellingen (of zelfs
wenselijkheden) dan om onderzoeksmatig onderbouwde claims:
 Vakoverstijgende contexten kunnen samenhang tussen vakken zichtbaar
maken.
 Contexten dragen bij aan een accurater beeld bij leerlingen van bèta en
techniek.
 Contexten dragen bij aan betekenisvol leren en versterken bij veel leerlingen
de motivatie en attitude.
 Contexten geven betekenis aan concepten en zijn mede bepalend voor wat
leerlingen leren.
 Afwisseling in contexten is nodig voor transfer van kennis en vaardigheden.
Onderzoek naar Context-Based Science Education
De belangstelling voor contexten in het onderwijs sinds de jaren 70 van de vorige eeuw is
ook terug te zien in de wetenschappelijke literatuur over context-based science education.
Bennett (2005) voerde een systematische review-studie uit naar de resultaten van
context-based science education op het gebied van de ontwikkeling van attitudes bij en
van de conceptuele begripsontwikkeling van leerlingen bij 61 onderzoeksstudies (waaronder één over het Nederlandse PLON, zie ‘Hisorisch perspectief’). Een review-studie op het
gebied van context-based physics education is uitgevoerd door Taasoobshirazi & Carr
(2008) en omvat de resultaten van 10 onderzoeksstudies. Bij het interpreteren van de
resultaten van dergelijke vergelijkingsstudies tussen context-based science education en
conventioneel onderwijs is het van belang een voorbehoud te maken: andere uitgangspunten op het niveau van de programma’s zullen namelijk leiden tot een ander type resultaten van het onderwijs (Goedhart, Kaper & Joling, 2001).
Uit het onderzoek van Bennett (2005) blijkt dat er sterke aanwijzingen zijn om aan te
nemen dat contextbenaderingen bijdragen aan een positievere houding, zowel bij jongens
als bij meisjes, tegenover de bètavakken in vergelijking met conventionele benaderingen.
Er is echter slechts beperkte grond om aan te nemen dat contextbenaderingen ook bijdragen aan een positievere houding tegenover bèta en techniek in het algemeen, en aan het
verkleinen van gender-verschillen op dit gebied. Over het effect op de keuze van vakken
en vervolgopleidingen zijn de resultaten niet eenduidig.
Uit het onderzoek van Bennett (2005) en van Taasoobshirazi & Carr (2008) blijkt dat
contextrijk onderwijs even goed bijdraagt aan conceptuele begripsontwikkeling van leerlingen als conventionele benaderingen. Taasoobshirzi & Carr plaatsen echter een kanttekening bij dit algemene resultaat: contextrijk onderwijs zou in het bijzonder effectief kunnen zijn voor beginners, maar zou wellicht minder effectief kunnen zijn naarmate in het
onderwijs op een hoger niveau complexe en abstracte concepten moeten worden geleerd
en toegepast. De vraag is dan natuurlijk wel wanneer er sprake is van onderwijs voor
‘beginners’.
Samenvattend kan voorzichtig geconcludeerd worden dat contextrijk onderwijs bijdraagt aan het realiseren van voor leerlingen aantrekkelijk en relevant onderwijs en dat de
leerresultaten van leerlingen vergelijkbaar zijn met die van leerlingen in conventioneel
onderwijs.
2
Concept-contextvenster
In het eerder genoemde concept-contextvenster worden vier verschillende concept-contextbenaderingen onderscheiden, op grond van allereerst de volgende
twee vragen: wat bepaalt de selectie van de inhoud van het materiaal, en wat
bepaalt de inrichting van het materiaal? En op beide vragen zijn twee antwoordmogelijkheden: de conceptuele vakstructuur of de context. Deze twee vragen met
elk de twee mogelijke antwoorden leveren vier verschillende uitwerkingen op voor
de wisselwerking tussen contexten en concepten, zoals weergegeven in de vier
kwadranten van het concept-contextvenster in de figuur hieronder.
Selectie van de leerinhoud: Conceptueel
A
Illustratieve context
B
Inrichting van de leerinhoud:
Verbindende context
Inrichting van de leerinhoud:
Conceptueel (vakstructuur)
D
Context op afstand
Contextueel
C
Centrale context
Selectie van de leerinhoud: Contextueel
De vier onderscheiden concept-contextbenaderingen zijn als volgt te karakteriseren:
Illustratieve context (conceptuele selectie en inrichting) – Verschillende contexten worden gebruikt als ad-hoc illustraties van eerder gekozen concepten. De
conceptuele vakstructuur staat centraal.
Verbindende context (conceptuele selectie, contextuele inrichting) – Een verbindende context brengt een pragmatische samenhang aan in een samenhangende groep al eerder gekozen concepten. De inrichting van het lesmateriaal
volgt de verbindende context, maar niet alle gekozen concepten passen er naadloos bij.
Centrale context (contextuele selectie en inrichting) – Eén context staat centraal,
en dient als vraagstelling en selectiecriterium voor concepten.
Context op afstand (contextuele selectie, conceptuele inrichting) – Een context
staat op afstand, de inrichting van het materiaal wordt bepaald door de conceptuele structuur, maar de gekozen concepten hangen samen via de context en komen vaak uit verschillende delen van het vakgebied of uit verschillende vakgebieden.
Het concept-contextvenster is een model, en dus een vereenvoudiging van
de werkelijkheid. Lesmaterialen zullen vaak eigenschappen van meerdere kwadranten tonen.
Het concept-contextvenster kan gebruikt worden bij het ontwikkelen en
vormgeven van (nieuw) lesmateriaal en bij het analyseren, kiezen en desgewenst
arrangeren van (bestaand) lesmateriaal. Ook kan het concept-contextvenster van
nut zijn bij het bespreken of bediscussiëren van de manier waarop een conceptcontextvisie vertaald kan worden naar de (les)praktijk, doordat het een gemeenschappelijke ‘taal’ rond concepten en contexten biedt.
Lesmateriaal
De onderscheiden concept-contextbenaderingen zijn uitgewerkt tot vier lesmateriaalvoorbeelden die in een natuurkundemethode zouden kunnen passen, met
zoveel mogelijk een vergelijkbare vakinhoud, context en didactische werkvorm
(Kortland, 2015).
Energieomzettingen
Lesmateriaalvoorbeelden
De vier lesmateriaalvoorbeelden behandelen het eerder als voorbeeld genoemde subdomein C2 Energieomzettingen uit de Syllabus centraal examen 2015 Natuurkunde HAVO
(CvE, 2012), in de vorm van een hoofdstuk uit de fictieve natuurkundemethode ‘Natuurkunde in context | 5H’:
Energieomzettingen (illustratieve context) – Het lesmateriaal volgt op hoofdlijnen de
conceptuele vakstructuur: energie is te onderscheiden in verschillende energiesoorten die
via de door een kracht verrichte arbeid met een bepaald rendement in elkaar kunnen
3
worden omgezet, geïllustreerd door een variëteit aan (leefwereld)contexten ontleend aan
verkeer, menselijk lichaam, sport, energievoorziening, energiegebruik in huis enzovoort.
Sport en beweging (verbindende context) – Het lesmateriaal neemt de (leefwereld)context sport als vertrekpunt, met een daaraan aangepaste volgorde van behandeling
van de verschillende onderdelen van de conceptuele vakstructuur naar aanleiding van een
variëteit aan situaties ontleend aan sporten zoals hardlopen, wielrennen, schaatsen,
kogelstoten en gewichtheffen.
Brandstofverbruik in het verkeer (centrale context) – Het lesmateriaal neemt de (maatschappelijke) context van besparing op brandstofverbruik in het verkeer als vertrekpunt,
met een daaraan aangepaste inperking (tot de eenparige beweging) en uitbreiding (met
de rol- en luchtweerstandskracht) van de leerstof en een daaraan aangepaste volgorde
van behandeling van de verschillende onderdelen van de vakstructuur.
Energie, arbeid en warmte (context op afstand) – Het lesmateriaal volgt op hoofdlijnen
de conceptuele vakstructuur met een relatief contextloze benadering, afgesloten met
toepassing van de vakinhoud in een tweetal (maatschappelijke) contexten: besparing op
brandstofverbruik in het verkeer en de keuze tussen benzineauto en elektrische auto.
Historisch perspectief
Hoewel het er in recente publicaties wel vaak op lijkt, is de concept-contextbenadering niet iets van de laatste tien jaar. In Nederland is het Project Leerpakketontwikkeling Natuurkunde (PLON) uit de jaren 1972-1986 het eerste voorbeeld
van wat later context-based physics education is gaan heten. In het PLON was,
gelijktijdig met of in navolging van (en verder ook als inspiratiebron voor) buitenlandse projecten uit die tijd, sprake van het plaatsen van de natuurkundige vakinhoud in een persoonlijke, maatschappelijke en wetenschappelijke context (Eijkelhof & Kortland, 1988; Kortland, 2005).
Literatuur
Bennett, J. (2005). Bringing science to life: The research evidence on teaching science in
context. York: Department of Educational Studies, Research Paper 2005/12, University
of York.
Bruning, L. & Michels, B. (2013). Concept-contextvenster – Zicht op de wisselwerking tussen concepten en contexten in het bèta-onderwijs. Enschede: SLO.
CvE (2012). Syllabus centraal examen 2015 Natuurkunde HAVO. Utrecht: College voor
Examens.
Eijkelhof, H.M.C. & Kortland, J. (1988). Broadening the aims of physics education. In P.J.
Fensham (Ed.), Development and dilemmas in science education (pp. 282-305). London: Falmer Press.
Goedhart, M., Kaper, W. & Joling, E. (2001). Het gebruik van contexten in het natuurkundeen scheikundeonderwijs. Tijdschrift voor Didactiek der β-wetenschappen 18(2), 111139.
Kortland, J. (2005). Physics in personal, social and scientific contexts – A retrospective view
on the Dutch Physics Curriculum Development Project PLON. In P. Nentwig & D.
Waddington (Eds.), Making it relevant – Context-based learning of science (pp. 67-89).
Münster: Waxmann.
Kortland, J. (2015). Lesmateriaalvoorbeelden natuurkunde in het concept-contextvenster.
Enschede: SLO.
Taasoobshirazi, G. & Carr, M. (2008). A review and critique of context-based physics instruction and assessment. Educational Research Review 3, 155-167.
4