Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen

Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen Faculteit Bètawetenschappen ‘Crosscutting concepts’ in de lerarenopleiding Harrie Eijkelhof Projectleider ECENT

Outline van de werkgroep • Voorgeschiedenis denkwijzen in Nederland • Next Generation Science Standards: crosscutting concepts • Voorbeelden van denkwijzen • Voor/nadelen van deze aanpak • Mogelijkheden in de opleiding? Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 2

Rapport cie Boersma et al (2010) www. betanova. nl Kernconcepten: Expliciete introductie bij: Systeem * Schaal * Verandering * Energie Materie Ruimte Tijd Wisselwerking biologie, natuur en scheikunde natuur- en scheikunde natuurkunde Crosscutting concepts in de lerarenopleiding biologie, scheikunde 21 mei 2014 3

Next Generation Science Standards Dimension 3: Crosscutting Concepts Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 4

Vergelijking Kennisbasis NL met Next Generation Science Standards US Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 5

Voorbeeld 1: schaal, verhouding, hoeveelheid • Grootte van objecten: powers of ten • Grootte van afstanden: nanometer - lichtjaar • Tijdsduur van processen: nanoseconde – millennium – geologische tijd • Eigenschappen van materie: (sub)micro – macro – mega • Meetmethoden variëren op schaalniveau • Logaritmische schalen: Richter, p. H, d. B • Uitdrukken van grootheden in verhoudingen: dichtheid – snelheid – vermogen – concentratie • Effecten van verhouding oppervlakte – volume Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 6

Voorbeeld 2: oorzaak en gevolg • Contexten: gedrag, milieu, gezondheid, geologie, chemie, elektra • Patronen oorzaak-gevolg: • Correlationeel versus causaal • Rol van mechanismen • Beschrijving van mechanismes op verschillend niveau: lichtschakelaar versus submicro fenomeen • NGSS video: http: //www. youtube. com/watch? v=Ke 1 q. Gciy. T 7 U&list=SPll. Vwa. ZQk. S 2 rt. ZG_L 7 ho 89 o. Fsa. YL 3 k. UWq Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 7

Leerdoelen oorzaak en gevolg • • • Oorzaak en gevolg kunnen onderscheiden bij verschijnselen Relaties tussen oorzaak en gevolg kunnen leggen Onderscheid kunnen maken tussen correlatie en oorzaak Verschijnselen in natuur en techniek kunnen voorspellen op basis van kennis van mechanismen Herkennen dat verschijnselen meerdere oorzaken kunnen hebben Patronen kunnen verklaren met mechanismen Mechanismen op verschillende schaalniveaus kunnen beschrijven Systematisch kunnen zoeken naar oorzaken van falende systemen Beweringen over oorzaak-gevolg kritisch kunnen beschouwen Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 8

Voorbeelden van vragen bij oorzaak en gevolg • • • Wat heeft dit verschijnsel veroorzaakt? Is er sprake van een of meerdere oorzaken? Is de verklaring op micro- of macroschaal? Welke gevolgen kan X hebben? Mag je wel concluderen dat Y het gevolg is van X wanneer er sprake is van correlatie? Is er wellicht een oorzaak Z voor zowel X als Y? Is er sprake van een direct gevolg of een verhoogde kans op een gevolg? Waarom functioneert een ontwerp niet in de praktijk? Wat zou er gebeuren als het ontwerp op bepaalde punten wordt aangepast? Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 9

Voorbeeld 3: stabiliteit en verandering • Processen: klimaat, evolutie, gezondheid, uitdijing heelal, geofysische processen, ecosysteem, fysisch en chemisch evenwicht • Rol van krachten en energie • Stabiel, cyclisch en dynamisch evenwicht • Feedback • Tijdschaal • Relatie met patronen, systemen, causaliteit Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 10

Leerdoelen stabiliteit en verandering • • • De mate van verandering kunnen uitdrukken in grootheden Verschillende soorten evenwicht (statisch, dynamisch en cyclisch) kunnen onderscheiden De rol van feedback bij stabiliteit kunnen aangeven Verandering op diverse tijdschalen kunnen bezien De oorzaken van veranderingen kunnen aangeven Het belang van een stabiele omgeving voor het functioneren van organismen kunnen onderbouwen Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 11

Voorbeelden van vragen bij stabiliteit en verandering • • Van welk soort evenwicht is sprake bij stabiliteit? Wat is de aard van de verandering? Wat veroorzaakt veranderingen? Wat veroorzaakt stabiliteit? In welk tempo en op welke schaal vinden veranderingen plaats? Wat bepaalt de snelheid van veranderingen? Wat is het belang van stabiliteit in een bepaalde situatie? Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 12

Voorbeeld 4: denkwijzen bij radioactiviteit 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Patronen: halveringstijd bij radioactief verval Schaal: verval op micro-niveau; late effecten op macro-niveau Oorzaak/gevolg: oorzaak radioactiviteit; oorzaak van effecten Systemen: vervalschema’s Behoud: aantal kerndeeltjes; energie Structuur/functie: afscherming; focus bij bestraling Stabiliteit/verandering: aard instabiliteit; veranderingen in kern Duurzaamheid: radioactief afval; duurzame energiebronnen Risico’s/veiligheid: natuurlijke radioactiviteit; ALARA-principe Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 13

Vragen over denkwijzen? Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 14

Voor- en nadelen van deze aanpak • • • Biedt mogelijkheden om samenhang te brengen in het bètaonderwijs Helpt leerlingen om publicaties over onderzoek te interpreteren Kan leerlingen enthousiasmeren Maar: • Kan een te theoretische aanpak worden • Er is nog niet veel lesmateriaal beschikbaar op dit gebied • Vraagt om voorbereiding van docenten Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 15

Mogelijkheden in de lerarenopleiding? • • Cursus vakdidactiek: • Kennismaken met doel en inhoud van de kennisbasis • Voorbeelden van lesmateriaal bestuderen • Ontwikkelen van activiteiten over denkwijzen door studenten Vakinhoudelijke cursussen: • Benoemen van denkwijzen waar mogelijk Crosscutting concepts in de lerarenopleiding 21 mei 2014 16