Module 1: Onderzoekende houding als basis voor STEM-didactiek en STEM-onderwijs

Nieuwsgierigheid als drijfveer

Kinderen kijken vol verwondering naar de fysieke wereld om zich heen. In die verwondering liggen de kansen voor hun verdere ontwikkeling. Het is dan ook hun basisrecht en essentieel om een omgeving te hebben die hen stimuleert in hun natuurlijke drang tot exploreren, onderzoeken en ontdekken.

Hun ervaringen, interesses en leefwereld zijn activerende elementen, om vanuit hun natuurlijke nieuwsgierigheid een basis te leggen voor een kritische, constructieve en probleemoplossende houding nu en in de toekomst. Kortom, hun basishouding van nieuwsgierigheid verder ontplooien is belangrijk om tot fundamenteel leren te komen (Devlieger, Van Houte & Schaffler, 2013).  

Leesopdracht 'nieuwsgierigheid'

Het belang van nieuwsgierigheid kan geduid worden met behulp van het artikel 'Wat betekent nieuwsgierigheid?' (van der Wilt, 2017) met bijhorende vragen:

• Waarom is nieuwsgierigheid essentieel om de wereld te begrijpen?
• Welk effect heeft nieuwsgierigheid op het leren/de ontwikkeling?
• Wat kan je zelf doen om de nieuwsgierigheid van kinderen te ontwikkelen?

De leraar en de onderzoekende houding doen ertoe!

De rol van de leerkracht als inspirerende, richtinggevende en onderzoekende coach is cruciaal. Stimuleer en ontwikkel je de onderzoekende houding bij kinderen, dan zal je ook hun creativiteit en ondernemendheid bevorderen (Devlieger, Van Houte & Schaffler, 2013).  

De leraar speelt dus een essentiële rol in het stimuleren en ontwikkelen van een onderzoekende houding bij de kinderen. De rol die hij opneemt is er een van inspireren en coachen, van evenwicht zoeken tussen loslaten en sturen (Van Houte, Devlieger, Schaffler, 2012). Ook al zijn kinderen ontdekkers van nature, de leraar doet er toe! 

De rol van de leerkracht bestaat er dus in om de natuurlijke drang van ontdekken bij kinderen niet alleen te stimuleren, maar ook te gebruiken in het leerproces (Devlieger, Van Houte & Schaffler, 2013). Dit is een hefboom binnen diverse domeinen, om hen aan te sporen een stap verder te gaan in hun onderzoekende aanpak. Op die manier breng je hen tot een hoger niveau van leren. Daarnaast zal dit ook hun zelfvertrouwen aanwakkeren, waardoor de durf toeneemt om te exploreren in de toekomst. Dit betekent dat kijken naar kinderen met de bril van de ontdekker en zo zien hoe het kind werkelijk is, centraal staat doorheen je onderwijsorganisatie (Devlieger, Van Houte & Schaffler, 2013).  

Oefening 'zeven kenmerken leraar'

Aan de hand van een beeldfragment kan ingeoefend worden hoe een leraar kan inzetten op de zeven kenmerken van de leraar als inspirerende, onderzoekende en richtinggevende coach. (Devlieger, Van Houte & Schaffler, 2013)

1. Echt kijken naar kinderen
2. Echt luisteren naar kinderen
3. Kinderen de tijd en ruimte geven om te ervaren, te onderzoeken en te denken
4. Inspelen op situaties en op vragen: verbreden en verdiepen
5. Een uitdagende omgeving of context kiezen of creëren
6. Kinderen stimuleren om ervaringen, ideeën, theorieën vast te zetten op elk moment
7. Een onderzoekende houding hebben

Op welke kenmerken zet de leraar in of kan hij inzetten, en hoe gebeurt dit? 

Een overzicht met mogelijke antwoorden is te vinden bij materiaal, al zijn hier nog tal van andere mogelijkheden om in te zetten op deze kenmerken. 

STEM is per definitie integratie

Binnen STEM in het basisonderwijs gaan we voor een maximale integratie van de vier disciplines. STEM is een manier om naar onderwijs te kijken waarbij je focust op de rijkheid van leerkansen. Het feit dat STEM raakvlakken kent met verschillende leergebieden wil echter niet zeggen dat het er in alle leergebieden bovenop komt. De implementatie van STEM binnen onderwijs kan vooral een meerwaarde zijn om kinderen te bereiken vanuit de totale ontwikkeling. Dit kan omdat er bijkomende mogelijkheden zichtbaar worden om aan te sluiten bij hun leefwereld en omdat er wisselwerkingen kunnen ontstaan die diverse leergebieden kunnen versterken. STEM biedt dus vooral kansen voor kwaliteitsvol onderwijs met aandacht voor diverse leergebieden (Tallir, Devlieger, Remerie, Vandorpe & Gentier, 2018).

Om goed STEM-onderwijs te bieden in het basisonderwijs baseren wij ons op de didactiek van het onderzoekend leren waarbij we vier pijlers en tien kerncomponenten centraal plaatsen (Van De Keere & Neyrynck, 2020). De vier pijlers en tien kerncomponenten worden toegelicht in de volgende twee stappen van deze module.

Vier didactische pijlers voor de leerkracht

Binnen het STEM-onderwijs hanteren we vier pijlers als didactische richtlijnen voor de leerkracht (Van De Keere & Neyrynck, 2020).

Pijler 1: Betekenisvolle contexten

In STEM-onderwijs vertrekken we steeds vanuit een betekenisvolle context. Het is in de eerste plaats essentieel om op zoek te gaan naar een goede betekenisvolle context waarbij kinderen waardevolle en leerrijke STEM-ervaringen kunnen opdoen. Als leraar moet je daarvoor kansen (leren) zien in de directe omgeving van de kinderen. Dit impliceert dat een leraar een open blik naar de eigen klaspraktijk moet hebben wanneer zij/hij STEM binnenbrengt. Om tot duurzame implementatie te komen in het dagelijks klasgebeuren vertrek je idealiter uit de inspiratie die kinderen aanreiken. Die inspiratie is het aanknopingspunt voor leerkrachten om tot betekenisvolle contexten te komen. 

In STEM onderwijs vertrek je dus vanuit betekenisvolle contexten die het mogelijk maken om probleemstellingen op te lossen via een samenspel van de verschillende STEM disciplines. (De integratie kan in meer of mindere mate aan bod komen in de onderwijsactiviteit)

Pijler 2: Denk- en doevragen 

Als leraar voelen we meestal de drang om snel oplossingen aan te reiken aan leerlingen wanneer zij vragen stellen of problemen hebben. Bij STEM-onderwijs proberen we deze drang in bedwang te houden door denk- en doevragen te stellen die leerlingen aanzetten tot initiatief nemen en zoeken naar oplossingen. 'Hoe- en waarom-vragen' lenen zich hier uitstekend toe maar ook 'Wat... als..., dan ...-vragen'. 

Pijler 3: Systematisch onderzoek 

We dagen leerlingen uit om niet doelloos te experimenteren maar om doordacht uit te proberen en te leren. Doordacht te werk gaan betekent dat de leerlingen systematisch te werk gaan waarbij ze idealiter eerlijk onderzoek uitvoeren. Bij een eerlijk onderzoek veranderen de leerlingen telkens één variabele en niet meerdere variabelen tegelijk. Binnen STEM-onderwijs vatten we dit echter ook breder op waarbij kinderen al systematisch onderzoek doen als ze gebruik maken van een bepaalde methode (i.t.t. gissen en missen). 

Pijler 4: Reflectie en interactie

STEM-onderwijs doe je idealiter niet alleen. We stimuleren de interactie tussen leerlingen door in te zetten op dialoog en overleg tussen de leerlingen waarbij ze ideeën, verwachtingen en bevindingen kunnen uiten. Door hun gedachten onder woorden te brengen worden metacognitieve vaardigheden gestimuleerd. Op die manier zit (zelf)reflectie al in het gehele proces maar het kan ook als terugblik gebeuren waarbij de kinderen terugblikken op het leerproces en -product.

Tien kerncomponenten

Om goed STEM-onderwijs te bieden, baseren we ons op de didactiek van onderzoekend leren. Bij onderzoekend leren wordt gewerkt met probleemstellingen en onderzoeksvragen en worden leerlingen actief betrokken in een proces van ontwerpen, onderzoeken en optimaliseren. De vier pijlers die in de vorige stap aan bod kwamen, zijn gebaseerd op deze didactiek van onderzoekend leren. Daarnaast omschrijven we 10 kerncomponenten die aan bod komen bij de kinderen tijdens het onderzoekend en ontwerpend leren (Dejonckheere, Vervaet & Van De Keere, 2016) . 

1. Verwonderen
2. Vragen stellen en oriënteren
3. Plannen
4. Uitvoeren en verzamelen van gegevens
5. Reflecteren
6. Voorspellen
7. Ruimer kijken
8. Analyseren en interpreteren
9. Rapporteren en presenteren
10. Concluderen en antwoorden geven 

(zie www.onderzoekendleren.be) 

STEM is een evenwicht tussen kennis, vaardigheden en attitudes

De moderne samenleving wordt gekenmerkt door een enorme groei aan beschikbare informatie en een steeds snellere veranderende technologie (chatgpt..). Dit heeft gevolgen voor het onderwijs. Zo wordt het steeds belangrijker dat niet alleen over de nodige kennis wordt beschikt, maar ook over algemene vaardigheden om op een flexibele en creatieve manier in diverse contexten probleemsituaties te kunnen overzien en aan te pakken. Hiermee neemt dus het belang van de ontwikkeling van vaardigheden en zelfsturend leren toe.

Hierbinnen past een holistisch design van onderwijs wat inhoudt dat een probleemstelling binnen een bepaalde context steeds als geheel benaderd wordt. Taken worden niet opgedeeld in los van elkaar staande deeltaken. Een holistische onderwijsbenadering beoogt integratie van 3 aspecten, nl. inhoudelijke kennis, vaardigheden ter verwerving daarvan (perceptuele en psychomotorische vaardigheden) en attitudes (emotionele ontwikkeling, en vermogen om alle kennis en vaardigheden verder te ontwikkelen).

Holistische onderwijsbenaderingen focussen dus op een verregaande integratie van de nodige kennis en vaardigheden en wil een doorgedreven fragmentatie en opsplitsing van vakgebieden in kleine, geïsoleerde onderdelen tegengaan. Tenslotte wil het ook een antwoord bieden op de transfer-paradox wat inhoudt dat hoe meer het onderwijs gericht is op kennisoverdracht, hoe minder de lerende de geleerde vaardigheden of kennis in de praktijk zal kunnen brengen. Uiteraard is dat het effect van de fragmentatie en compartimentering die eerder werd genoemd.
(Merriënboer & Kirschner, 2017)

Oefening 'analyse STEM-activiteit'

STEM-onderwijs steunt op vier didactische pijlers. Als leerkracht zet je deze pijlers samen in om vorm te geven aan een krachtige speel- en leeromgeving. Op deze manier kunnen kinderen uitgedaagd worden om de tien kerncomponenten te beleven en toe te passen. Een beeldfragment kan dit illustreren met behulp van volgende vragen: 

• Hoe zorgt de leraar ervoor dat de leerinhoud betekenisvol is voor de kinderen? 
• Wat zegt of doet de leraar om het onderzoek/ontwerpproces van de kinderen te stimuleren? 
• Waaraan merk je dat de leraar de kinderen stimuleert tot systematisch onderzoeken? 
• Hoe zet de leraar de kinderen aan om kritisch stil te staan bij hun denken en doen? 
• Welke kerncomponenten komen aan bod tijdens de activiteit? 

Bij materiaal vind je een overzicht met mogelijke antwoorden. Via www.onderzoekendleren.be kunnen meer dergelijke oefeningen uitgevoerd worden ook op basis van activiteiten bij jongere of oudere kinderen. 

Aan de slag 'schaduwactiviteit'

In deze stap schetsen we een STEM-activiteit die uitgevoerd kan worden met jong en oud, van kleuters tot student-leraren. De uitgebreide uitwerking met illustraties ervan vind je terug bij 'materiaal' (Meys, Van De Keere & Vervaet, 2014).  

1. Schaduwen in kunst bewonderen

Vanuit een museumbezoek of vanuit schaduwkunstwerken, kan je de verwondering over schaduwen oproepen bij kinderen. Vanuit de verwondering over dit fenomeen, kom je tot het inzicht dat een schaduw ontstaat wanneer het licht wordt tegengehouden door een object.

2. Oefenen met schaduwen

Geef het materiaal (lichtbron, A3-tekenmap met witte achtergrond, blikjes) aan de kinderen zodat ze kunnen oefenen met schaduwen. Geef hierbij een aantal voorbeelden van opstellingen die de kinderen moeten namaken (bv. grote schaduw, kleine schaduw).

3. Zelf een schaduwkunstwerk maken

Laat de kinderen zelf een schaduwkunstwerk maken. In dit geval maken ze een skyline. Afhankelijk van de beginsituatie van jouw doelgroep, geef je een aantal minimumverwachtingen mee (bv. minstens 5 gebouwen, minstens 2 gebouwen die even groot zijn ...). 

4. Voorbeeld van deze activiteit met kinderen