Theorie
Natuur- en techniekonderwijs hoort kinderen aan te zetten tot denken, te leren over de wereld om hen heen en deze te begrijpen en te waarderen en moet kinderen uitdagen. Om de leerlingen enthousiast en betrokken bij de lessen te houden kun je gebruikmaken van de concept-in-contextbenadering. Hiermee plaats je een natuur- of techniekles in de belevingswereld van de leerlingen en zorg je ervoor dat de leerlingen aan het einde van groep 8 relevante kennis hebben opgedaan over 28 biologische concepten en 9 niet-levende natuur en technologische concepten.
De verschillende contexten die je hierbij gebruikt zijn:
- De leefwereldcontext: uit het dagelijkse leven van de leerlingen.
- De maatschappelijke context: maatschappelijk relevante onderwerpen, zoals duurzaamheid.
- De beroepscontext: gekoppeld aan een bepaald beroep; hierbij kunnen ouders goed betrokken worden.
Om dingen te leren over natuur en techniek zijn er drie stijlen voor kennisverwerving:
1. Autonoom ontdekkend leren
Deze vorm wordt ook wel aangeduid als natuurlijk leren, leren door interne sturing, aanrommelen of vrije exploratie.
Hiernaast staat een schematische voorstelling van autonoom ontdekkend leren. Hier is te zien dat de leerling tussen de leerkracht en de wereld van natuur en techniek in staat.
2. Overdragend leren
Bij deze vorm heeft de leerkracht een duidelijke rol, het leren gaat door externe sturing.
Hiernaast staat een schematische voorstelling van overdragend leren. Hier is te zien dat de leerkracht tussen de leerling en de wereld van natuur en techniek staat.
3. Ontdekkend leren
Het ontdekkend leren is een onderwijsstijl waar met gedeelde sturing, waarnemingen, vragen en ideeën van alle betrokkenen (leerlingen, leerkracht) bijdragen aan het leerproces.
Hiernaast staat een schematische voorstelling van ontdekkend leren. Hierin is duidelijk een gedeelde sturing te vinden en communicatie tussen leerling en leerkracht.
Voor het geven van Natuur en Techniek onderwijs zijn er een aantal handvatten beschikbaar. Het handvat dat meestal voor het natuuronderwijs gebruikt wordt is de onderzoekscyclus. Voor het techniekonderwijs zijn er twee handvatten die gebruikt kunnen worden de onderzoekscyclus en de ontwerpvaardigheden.
Onderzoekscyclus
Voor het aanbieden van natuuronderwijs wordt er meestal gebruik gemaakt van onderstaande cyclus:
Stap 1. Verwonderen
Bij deze stap probeer je te zorgen voor verwondering bij de leerlingen door ze ervaringen te laten opdoen met alle zintuigen en dingen te laten waarnemen en te ontdekken. Hierbij proberen ze dit te verwoorden of verbeelden en vragen op te roepen.
Stap 2. Verkennen
Nu is de tijd om de kennis van de leerlingen te testen en te kijken wat er al bekend is over het onderwerp, of om er samen over na te denken over mogelijke verklaringen, en dit te delen met elkaar.
Stap 3. Onderzoek opzetten
Bij deze stap bedenken de leerlingen een plan om op onderzoek te gaan en moet er vastgesteld worden wat ze willen onderzoeken. En bedenken ze hypothesen en hoe ze deze willen testen.
Stap 4. Onderzoek uitvoeren
Het plan dat gemaakt is bij stap 3 wordt nu uitgevoerd. De leerlingen gaan aan de hand van gegevens die tijdens waarnemingen (door te kijken, luisteren, ruiken, voelen en/of proeven) worden verzameld. Deze gegevens worden overzichtelijk genoteerd in bijvoorbeeld grafieken of tabellen en bewaard in een logboek om deze te verwerken tijdens stap 5.
Stap 5. Concluderen
De verzamelde gegevens worden bekeken en vergeleken en proberen ze hun onderzoeksvraag te beantwoorden en kijken ze of de voorspelling(en) klopt die ze bij stap 3 hebben bedacht. Deze gegevens en conclusies zijn te vergelijken met andere leerlingen om te controleren dat kan zorgen voor meer vragen wat de basis kan zijn voor een vervolgonderzoek.
Stap 6. Presenteren
Als afsluiting van de cyclus mogen de leerlingen hun onderzoek presenteren en via deze manier hun kennis delen met de rest van de klas.
Ontwerpcyclus
De ontwerpcyclus heeft net als de onderzoekcyclus zes stappen.
Stap 1. Probleem verkennen en formuleren
De eerste stap in de cyclus begint met het verkennen van een probleem of wens. Deze wens of probleem kan vanuit de leerling komen maar kan ook aangedragen worden door de leerkracht.
Aan het einde van deze stap moeten de leerlingen het probleem hebben omgezet in een ontwerp vraag. Aan de hand van deze vraag kunnen de leerlingen op zoek naar een gerichte oplossing.
Stap 2. Ideeën verzinnen en selecteren
Bij deze stap gaan de leerlingen aan de slag met het bedenken van oplossingen voor het probleem dat bij stap 1 is vastgesteld. Tijdens deze stap worden er zoveel mogelijk oplossingen bedacht en genoteerd. Er moet gestimuleerd worden om in zoveel mogelijke richtingen te denken. Aan het einde van deze stap wordt er gekeken naar de mogelijkheid voor het uitvoeren van de oplossingen. Als er meerdere oplossing op elkaar lijken kunnen deze geclusterd worden.
Stap 3. Concepten uitwerken en selecteren
Nu wordt er duidelijk gemaakt hoe een product eruit komt te zien. Dit kan aan de hand van bijvoorbeeld tekst, tekeningen, etc. Het doel tijdens deze stap is het komen tot een samenhangend concept waarin meerdere deeloplossingen samenkomen.
Voor het product moet in deze stap een werkplan gemaakt worden waarin omschreven wordt wat voor materialen er nodig zijn en een eventuele werktekening.
Stap 4. Prototype maken
Aan het einde van deze stap hebben de leerlingen een eerste versie van het product gemaakt. Dit kan een werkend prototype zijn of een model. Een prototype is een werkende versie van het product en een model is een op schaal gemaakte versie van het product dat niet hoeft te werken.
Stap 5. Testen en optimaliseren
Nu is het tijd om het product te testen en te kijken of het probleem dat bij stap 1 is vastgesteld opgelost kan worden. Als er aan bepaalde eisen niet voldaan kan worden moet er gekeken worden of dit door aanpassingen opgelost kan worden. Het kan zijn dat als het niet lukt om het probleem op te lossen dat er weer naar stap 2 gegaan moet worden en de cyclus vanaf daar weer opnieuw te starten. Als de leerlingen een product hebben dat voldoet als oplossing voor het probleem kan het getest worden door andere gebruikers.
Stap 6. Presenteren
Aan het einde van de cyclus worden de ervaringen en bevindingen die er tijdens dit proces zijn opgedaan gepresenteerd aan toekomstige gebruikers of opdrachtgever. Tijdens deze presentatie geven de leerlingen uitleg over het product, hoe het ontwerpproces gegaan is en wat de sterke en zwakke punten van het product zijn.
Het is erg belangrijk om tijdens het doorlopen van de cyclus te documenteren wat er tijdens elke stap gebeurd is, om dit tijdens het presenteren te laten zien en te verklaren. Ook is het belangrijk om aan het einde van elke stap deze te evalueren en erop te reflecteren. Aan het einde kan er gekeken worden naar het proces door een procesevaluatie waarin naar het totale proces gekeken wordt en er besproken wordt waar eventuele verbeterpunten zijn voor de groep of de individu.
Ontwerpvaardigheden
De ontwerpvaardigheden zijn gemaakt om de leerdoelen die vastgesteld zijn in de 21e-eeuwse vaardigheden van de SLO concreter en formatief toetsbaar te maken.
De ontwerpvaardigheden (Rohaan, Klapwijk, van Duijn, & Malmberg, 2022) worden als volgt omschreven:
Denk alle kanten op
Leerlingen bedenken veel gevarieerde en originele ideeën. Ze zetten hun verbeeldingskracht in, associeëren, maken bijzondere combinaties, zoeken inspiratie op ongebruikelijke plekken en bekijken het probleem van alle kanten. En belangrijk: ze stellen hun oordeel uit.
- Veel – bedenk veel relevante mogelijkheden, oplossingen en ideeën.
- Gevarieerd – denk vanuit verschillende invalshoeken en probeer allerlei richtingen uit.
- Nieuwe combinaties – associeer, combineer en leg nieuwe verbanden.
Breng ideeën tot leven
Leerlingen werken hun gedachten en ideeën uit op betekenisvolle manieren: denk aan verhalen, tekeningen, modellen en prototypes. Ze gebruiken passende denkwijzen, zoals vorm-functiedenken.
- Laat zien – verbeeld ideeën en inzichten voor jezelf en anderen.
- Werk uit – werk ideeën zo concreet als nodig uit, om ze te kunnen delen en beslissingen te kunnen nemen.
- Verschillende manieren – oefen verschillende manieren, zoals tekenen, visualiseren, uitbeelden, verhaal vertellen, simuleren, modelleren, (prototypes) maken en programmeren.
Leef je in
Leerlingen leven zich in. Ze ervaren het probleem zelf, stellen zich voor, onderzoeken de gebruikers en de context, en gaan actief op zoek naar input en feedback. Ze stellen de gebruiker en zijn wensen centraal.
- Zelf – ervaar het probleem zelf, leef je in in het probleem, de gebruikers en de betrokkenen.
- Doelgroep – doe onderzoek naar de gebruikers en de context via veldonderzoek en benut de uitkomsten in het ontwerpproces.
- Wensen – werk samen met gebruikers en betrokkenen in alle fases van het ontwerpproces en zoek actief naar input en feedback. Gebruik hun ideeën en wensen.
Durf uit te proberen
Leerlingen proberen – in een zo vroeg mogelijk stadium – hun aannames, ideeën en oplossingen uit. Ze zetten bewust verschillende manieren in om te kijken wat het beste werkt. Ze herhalen stappen en gebruiken hun fouten om ervan te leren.
- Durf – probeer zo snel mogelijk en veel uit. Ga bewust op zoek naar fouten.
- Ontdek – (h)erken wat nog niet werkt. Onderzoek, begrijp en gebruik dit om te verbeteren en van te leren.
- Houd vol – leer omgaan met onzekerheden, dubbelzinnigheden en frustratie. Zet door.
Deel ideeën
Leerlingen delen hun ideeën en werken samen in hun team. Ze betrekken opdrachtgevers, gebruikers en andere betrokkenen bij het ontwerpproces, en zoeken samenwerking met mensen buiten het proces om zo hun ideeën te verbeteren, te verspreiden en te realiseren. Leerlingen ontwerpen samen.
- Geven – deel je ideeën: vind de balans tussen loslaten van en trouw blijven aan een eigen idee.
- Samen – sta open voor ideeën van anderen, vul elkaar aan en help elkaar.
- Delen – betrek mensen met een verschillende achtergrond erbij (van binnen en van buiten het proces) voor feedback, ondersteuning en hulp. Inspireer anderen.
Bepaal je richting
Leerlingen vormen zich een totaalbeeld en herkennen samenhang. Ze vormen hun mening over de essentie van het probleem en de gewenste kwaliteit van de oplossingen. Zo bepalen ze hun eigen richting.
- Mening – vorm je eigen mening, durf een waardeoordeel te geven, streef je idealen na en neem afgewogen beslissingen.
- Overzicht – herken en begrijp verbanden en patronen. Voeg elementen samen tot één geheel, pas systeemdenken toe en vorm een totaalbeeld.
- Het belangrijkst – bepaal je visie, focus op de kern en gebruik dit om prioriteiten te stellen.
Gebruik het proces
Leerlingen schakelen gedurende het ontwerpproces tussen verschillende manieren van denken. Ze wisselen tussen divergent en convergent denken, eigenwijsheid en samenwerken, abstract denken en concreet uitwerken.
- Ontwerpen – ken het ontwerpproces, de verschillende stappen van de cyclus en de verschillende technieken en denkwijzen. Zet deze in op de juiste manier en ontwikkel proceskennis.
- Verbeter – reflecteer op het proces en gebruik feedback ter verbetering.
- Ken je zelf – ontdek en ontwikkel je eigen vaardigheden, ontwerpaanpak en voorkeuren en bij jou passende methodes. Ontwikkel zelfkennis.
Maak jouw eigen website met JouwWeb