W 42 Biologie aan de kapstok De grote

W 42 Biologie aan de kapstok De grote lijn in alle kleine details • Frank van Wielink – docent biologie Pax Christi College • Horst Wolter – onderwijsontwikkelaar Educator. EI 1/54

Intro: zes lijnen van de biologie Lijn 1: Het ‘worden’ Lijn 2: Waarnemen en (re)actie Lijn 3: ademhaling Lijn 4: voeding en vertering Lijn 5: intern transport Lijn 6: kringlopen in het externe milieu 2/54 Educator. EI Bron: Rob van Woerkom (Notre Dame des Anges), zes lijnen van de biologie.

• • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken Onderbouwing / theorie Educator. EI (wij) (u) 3/54

Kennisnetwerk van beginners en experts Toepassingssituatie roept ‘automatisch’ een sterk samenhangend netwerk van bruikbare kennis op conditionalisering van kennis. Educator. EI Bron: J. D. Bransford et al (2000). “How People Learn. ” 4/54

De zwevende piramide 5/54 Educator. EI Bron: M. Kamp en M. Vogelezang (2014). “De zwevende piramide”. Tijdschrift voor lerarenopleiders, 35 (3)

Stelling • Als de voorkennis goed georganiseerd (gestructureerd) is stimuleert dit het verdere leerproces. Onderwijskundig Leren: + ++ -Onthouden -Begrijpen -Toepassen -Etc. onderzoek: Maar wacht! Ausubel, 1960, 1978; The use of advance organizers … Novak, 2006/2008; the Er is meer! theory underlying Voorkennis Betekenisvolle kennis Georganiseerde kennis conceptmaps Bransford, 2000; how people learn Scott, 2011; Pedagogical link -making 6/54 Educator. EI

Stelling • Als de voorkennis goed georganiseerd (gestructureerd) is stimuleert dit het verdere leerproces. • Nieuw! Neurologische evidentie! 7/54 Educator. EI

Schema’s en leren • Schema= je voorkennis, gestructureerd in je lange termijngeheugen • Uit de neurowetenschap: Geheugenconsolidatie 8/54 Educator. EI Figuur: Bruce Jenks, NLT-module Hersenen en Leren

Schema’s en leren Waarom onthouden we schema-gerelateerde informatie beter? Onderzoek van Marlieke van Kesteren (2013): eerste neurowetenschappelijke aanwijzingen: • Nieuwe informatie passend in schema: mediale prefrontale cortex actief • Totaal nieuwe informatie: parahippocampus actief • Speculatie: • In het schema passende informatie wordt direct aan je schema gekoppeld (meer semantisch) • Nieuwe informatie wordt als aparte herinnering opgeslagen (meer episodisch) • Bovendien: meer activiteit in mediale prefrontale cortex betere studieresultaten in volgende studiejaar Educator. EI Bron: proefschrift M. Van Kesteren (2013). “Schemas in the brain: Influences of prior knowledge on learning, memory, and education. ” 9/54

Schema’s en leren – speculatie (kort door de bocht) Volledig nieuwe informatie Informatie passend in bestaand schema 10/54 Educator. EI Figuur: Bruce Jenks, NLT-module Hersenen en Leren

Stelling • Als de voorkennis goed georganiseerd (gestructureerd) is stimuleert dit het verdere leerproces. • Maar…hoe structureer je de voorkennis? • Advance Organizer 11/54 Educator. EI

Advance Organizer = structuur die voorkennis verbindt met nieuwe kennis Twee typen: Comparing / vergelijkend • Analogiën • Metaforen • Bijvoorbeeld: genen als recept Educator. EI Expository / tentoonstellend • Wordt door een expert uitgewerkt. • Geeft overzicht van inhoud van nieuw te leren stof én • Geeft structuur van nieuw te leren stof. • Is abstract/overkoepelend. Bron: https: //en. wikipedia. org/wiki/David_Ausubel (06 -01 -2017) 12/54

Kanttekening AO stammen uit de jaren 60. Waarom Erg onduidelijk wat zijn ze niet heel een AO precies is. De algemeen? instructies van de ‘uitvinder’ zijn erg vaag. Door vage instructies geven studies tegenstrijdige Hoewel… resultaten …de laatste metastudies positief zijn. Educator. EI Bron: Corkill A. J. ; 1992; Advance organizers, facilitators of recall; Educational Psychology Review 4(1), 33 -67 13/54

De zwevende piramide (II) De biologische kapstok doel De vraag eronder: kunnen wij een relevant en nuttig schema in het langetermijngeheugen van de leerlingen krijgen? Educator. EI Bron: M. Kamp en M. Vogelezang (2014). “De zwevende piramide”. Tijdschrift voor lerarenopleiders, 35 (3) 14/54

AO in het eindexamenprogramma • Systeemmatrix op basis waarvan de examenprogramma’s zijn geschreven • Organisatieniveaus vs systeemconcepten • Systeemconcepten: • • • Biologische eenheid Zelfregulatie Zelforganisatie Interactie Reproductie Evolutie • NB erg docentgericht (terminologie) Educator. EI Bron: Syllabus centraal examen biologie VWO 2016 (Cv. E). 15/54

• • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken Uitwerking op het Pax Christi College Educator. EI (wij) (u) 16/54

Kernconcepten • Onderstaande kernbegrippen worden geïntroduceerd in het opstartblok (start H 4 en V 4). • NB dit is natuurlijk een discutabele keuze, maar het is degene die wij gemaakt hebben. • Maar dit is niet genoeg (wel een kapstok, niks om op te hangen) • Op school bleken al veel advance organizers aanwezig op thema-niveau. • Daar gaan we eerst eens naar kijken (eindelijk aan de slag) Educator. EI 17/54

Opdracht (I) • U krijgt ieder een opdracht die past bij een van de advance organizers uit het lesmateriaal van het Pax Christi College. • Voer de opdracht uit (10 minuten). • Nabespreking: alle antwoorden komen in beeld. 18/54 Educator. EI

Kernbegrippen in een konijn • • • Weersomstandigheden Homeostase Interactie Metabolisme Erfelijkheid Evolutie vechten? zien horen Opgegeten worden CO 2 Temperatuur Bloeddruk Vochtgehalte Verbranding Eiwitsynthese Paren? O 2 voedsel Opeten water DNA wegrennen poep urine Seksuele voortplanting 19/54 Educator. EI Na x (heel veel) generaties

• NB zeer vergelijkbaar met de systeemmatrix uit de havo-en vwoexamenprogramma’s. • Wel andere termen gekozen (meer leerlinggericht) • Ingevuld tot en met opstartblok 20/54 Educator. EI

evolutie oorspronkelijk ontwikkeld door … moderne variant van de evolutietheorie wordt genoemd richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van werkt op het niveau van … omgevingsfactoren zijn veranderingen in mutaties bepalen … zorgen voor selectie … door de natuur bepaald bestaan uit codeert voor … zorgen voor verschillende eigenschappen van cellen bij voortplanting leidt ertoe dat bepaalde … krijgen meer nakomelingen dan andere daardoor ontstaan na verloop van tijd (genetische) isolatie Educator. EI … (veranderde) … bepalen … in allerlei (genetische) variaties door mensen bepaald (veredeling) ontstaan alleen bij Nieuwe … gemeenschappelijke voorouder ontstaan uit verwantschap terug te zien in (fylogenetische) stamboom Roman Schaeken/Frank van Wielink, Pax Christi College 21/54

evolutie oorspronkelijk ontwikkeld door richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van werkt op het niveau van Omgevingsfactoren kunnen veroorzaken populaties Charles Darwin moderne variant van de evolutietheorie wordt genoemd ingevuld zijn veranderingen in mutaties bepalen DNA zorgen voor selectie neodarwinisme zorgen voor bepaalde varianten krijgen meer nakomelingen dan andere allopatrische soortvorming daardoor ontstaan na verloop van tijd Op dezelfde plek Geografisch geìsoleerd leidt ertoe dat verschillende eigenschappen van cellen bij voortplanting sympatrische soortvorming (genetische) isolatie Educator. EI Natuurlijke selectie (veranderde) eiwitten bepalen Individuen in allerlei (genetische) variaties Kunstmatige selectie door de natuur bepaald bestaan uit codeert voor door mensen bepaald (veredeling) ontstaan alleen bij Nieuwe soorten Gemeenschappelijke voorouder ontstaan uit verwantschap terug te zien in (fylogenetische) stamboom Roman Schaeken/Frank van Wielink, Pax Christi College 22/54

genoom replicatie transcriptoom proteoom metaboloom DNA genregulatie transcriptie RNA translatie eiwit Eigenschappen van cellen Educator. EI splicing processing/ posttranslationele modificaties 23/54

levensloop (mitose) (diploïd = 2 n) * † (meiose) (bevruchting) levenscyclus (haploïd = n) 24/54 Educator. EI

25/54 Educator. EI

Energievoorziening • Om dingen op te bouwen heb je energie nodig. Waar komt die vandaan? • Dieren: eten • andere dingen (organismen) afbreken (levert energie). Heterotroof • Planten: zonlicht • fotosynthese Autotroof Educator. EI “voeden met anderen” “zichzelf voeden” 26/54

Hoe zijn de verschillen te verklaren op celniveau? In een plantaardige cel: Overdag: als te weinig CO 2 in cel dan opname ‘s Nachts: altijd CO 2 afgifte Energie uit zonlicht Overdag: als meer O 2 gevormd dan gebruikt dan afgifte fotosynthese CO 2 en H 2 O C 6 H 12 O 6 en O 2 Overig (mineralen) Aërobe dissimilatie ATP ‘s nachts: altijd O 2 -opname Voortgezette assimilatie: Eiwitten koolhydraten vetten Energie in vorm van warmte Autotroof “zichzelf voeden” © Micha Ummels (module “eiwitten op je bordje”) 27/54

Hoe zijn de verschillen te verklaren op celniveau? In een dierlijke cel: Dag en nacht: CO 2 -afgifte voeding CO 2 en H 2 O C 6 H 12 O 6 en O 2 Dag en nacht: O 2 -opname Overig (mineralen) Aerobe dissimilatie ATP Voortgezette assimilatie: Eiwitten koolhydraten vetten Energie in vorm van warmte Heterotroof “voeden met anderen” © Micha Ummels (module “eiwitten op je bordje”) 28/54

BINAS 68, 69 (VWO) • assimilatie = opbouw; kost energie • C-assimilatie (fotosynthese): energie 6 CO 2 + 6 H 2 O koolstofdioxide + water (+ zonlicht) C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 glucose + zuurstof fotosynthese behalve C-assimilatie • Voortgezette assimilatie: uit allezonlicht: opbouwprocessen uit chemische reacties: chemosynthese • dissimilatie = afbraak; levert energie • Aerobe 38 ADP dissimilatie: + 38 Pi 38 ATP C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 glucose + zuurstof 6 CO 2 + 6 H 2 O koolstofdioxide + water (+ energie) • Anaerobe 2 ADP dissimilatie (gisting): + 2 P 2 ATP i C 6 H 12 O 6 (glucose) 2 C 3 H 6 O 3 (melkzuur) (melkzuurgisting) C 6 H 12 O 6 (glucose) Educator. EI 2 C 2 H 6 O (alcohol) + 2 CO 2 (alcoholgisting) 29/54

Extern milieu Intern milieu osmose, diffusie act. transport gaswisseling Intracellulair milieu* filtratie, resorptie ultrafiltratie, terugresorptie 30/54 © 10 voorbiologie Educator. EIAfbeelding: http: //www. 10 voorbiologie. nl/index. php? cat=9&id=1488

INPUT prikkels receptor zintuig: ontvangt input Educator. EI OUTPUT Black box conductor hormoonstelsel, zenuwstelsel of combinatie van beide: signaalverwerking reactie effector spier of klier: verzorgt output Bron: project “regeling door hormonen”, M. Ummels, M. Jansen; H. Wolter; F. van Wielink 31/54

Receptor, conductor en effector in een homeostatisch regelmechanisme conductor receptor conductor effector receptor Negatieve feedback effector receptor Educator. EI conductor effector norm effector Bron: project “regeling door hormonen”, M. Ummels, M. Jansen; H. Wolter; F. van Wielink 36/54

• • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken (wij) (u) Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Educator. EI 40/54

De zwevende piramide (III) De grote lijn: de hoofdtermen (evolutie, erfelijkheid, metabolisme, interactie en homeostase) ‘Middenlijn’ met de grote lijn en met de details verbinden Elke hoofdterm: een suborganizer Leerlingen (niet-experts) zien vooral de onderkant van de piramide: de details; de kleine lijnen Veronderstelling: Door een degelijke kennisstructuur wordt het makkelijker kennis aan de werkelijkheid te koppelen. Educator. EI 41/54

Waar gaat biologie over? eindconceptmap opstartblok (bijvoorbeeld) organismen Reageren op hun omgeving interactie nemen stoffen op, zetten stoffen om, geven stoffen af houden hun inwendig milieu constant metabolisme = stofwisseling homeostase veranderen in de loop van de generaties geven eigenschappen door aan volgende generaties evolutie richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van erfelijkheid met levende omgevingsfactoren biotische factoren met levenloze omgevingsfactoren opbouwprocessen gereguleerd met behulp van abiotische factoren afbraakprocessen assimilatie dissimilatie levert verbruikt energie negatieve feedback Educator. EI bepaalt eigenschappen staan (deels) opgeslagen in DNA variatie in eigenschappen selectie zorgen voor zijn veranderingen in mutaties 42/54

Hoe past dit alles in elkaar? (vakstructuur biologie op het PCC) organismen Reageren op hun omgeving interactie houden hun inwendig milieu constant nemen stoffen op, zetten stoffen om, geven stoffen af metabolisme = stofwisseling homeostase veranderen in de loop van de generaties geven eigenschappen door aan volgende generaties erfelijkheid met levende omgevingsfactoren met levenloze omgevingsfactoren opbouwprocessen gereguleerd met behulp van In detail (later in programma) biotische abiotische uitgewerkt factoren in (sub-)organizers homeostase/interactie negatieve feedback afbraakprocessen In detaildissimilatie (later in programma) verbruikt uitgewerktlevert in (sub-)organizers energie metabolisme assimilatie evolutie richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van In detail bepaalt (later in programma) variatie in selectie eigenschappen uitgewerkt in eigenschappen. In detail (sub-)organizers staan (deels) (laterinin programma zorgen voor opgeslagen evolutie uitgewerkt in mutaties zijn veranderingen in DNA (sub-)organizers erfelijkheid 43/54 Educator. EI

De hoofdlijn in een konijn 44/54 Educator. EI

eiwitsynthese Vervolg: de cel (op het PCC) • Bij start nieuw thema: waar past dit in deze matrix? • Bijvoorbeeld: genetica gedrag • Na afloop van een thema: waar passen begrippen in dit schema? • Bijvoorbeeld: mutatie? variatie? selectie? eiwitsynthese? immuun? resistent? 45/54 Educator. EI

• • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken Educator. EI (wij) (u) 46/54

De opgebouwde leerlijn tot nu opstartblok 1. Opstartblok: a. Herhaling: wat is leven? Wat zijn de levenskenmerken? b. Koppelen van de levenskenmerken aan overkoepelende biologische termen (kernbegrippen: homeostase/interactie, metabolisme, erfelijkheid, evolutie) NB kernbegrippen ≈ systeemconcepten c. Uitwerken van de kernbegrippen (+ al verdieping bij ordening en evolutie) d. Invullen systeemmatrix met (hoofd-) matrixconcepten, maken conceptmap “waar gaat biologie over? ” Educator. EI 47/54

De opgebouwde leerlijn tot nu vervolg 2. Bij volgende thema’s organiseren we op verschillende manieren: a. Via de “systeemmatrix” bij opstart en afronding van een thema en bij voorbereiding van grote SE’s b. Via andere advance organizers: • Onder de kernbegrippen vallen andere advance organizers. • Deze komen aan de orde bij relevante hoofdstukken. • de meeste komen (veel) vaker terug. 48/54 Educator. EI

Advance Organizer: ontwerpeisen voor lesmateriaal 1. 2. 3. 4. Het ontwerp houdt rekening met het einddoel én met wat de leerling al weet (1) Het ontwerp zet een logische lijn neer die toekomstige onderwerpen verbindt (2) De hoofdlijn bestaat uit een beperkt aantal, maar overkoepelende concepten (1) Leerlingen moeten eerst deze begrippen (kunnen) duiden op basis van hun voorkennis (2) Algemene didactiek: 1. Achteraf reflecteren op de AO (metacognitie) 2. Meerdere representatievormen (tekstueel, grafisch, schematisch, etc. ) 3. De hoofdlijn (door expert gemaakt) wordt een onderdeel van een product van de leerling zelf. Bron 1: E. Searls; 1980; Using Advance Organizers in the classroom, university of South Florida Educator. EIBron 2: R. Mayer; 1979; Can Advance Organizers Influence Meaningful Learning; Review of Educational Research 49/54

Ontwerpen van een kapstok in vier stappen STAP 1: STAP 2: STAP 3: STAP 4: Presentatie en opbouw van de grote lijn, leerlingen koppelen hun kennis aan deze lijn. Begeleid uitbouwen van de grote lijn: nieuwe kennis koppelen aan de hoofdlijn begeleid door docent. NB Deze stap moet vaak herhaald worden, voordat we overgaan naar de volgende stap. Zelfstandig uitbouwen van de grote lijn Of gaat dit te (niet in het huidige materiaal). ver voor het Kritisch kijken naar de grote lijn VO? (niet in het huidige materiaal). Educator. EI 50/54

Opdracht (II) • Werk nu zelf aan een advance organizer-opdracht voor uw leerlingen • Dat mag een grote kapstok-opdracht zijn of een thema-organizer. • Werk tenminste in tweetallen. • Gebruik de eisen uit de vorige dia’s en de instructie uit de komende dia’s • Tijd: … Zie boekje Educator. EI 51/54

Opdracht (II) Ontwerpstappen 1. Selecteer welke concepten je in je organizer kwijt wilt (o. a. maak je een hoofdlijn- of een middenlijn-organizer? ) 2. Hoe zorg je voor samenhang tussen de gekozen concepten? Denk ook aan visualisering en koppeling aan de werkelijkheid. 3. Wanneer in het curriculum introduceer je deze organizer? Op welke momenten herhaal je deze? 4. Hoe zorg je dat leerlingen de organizer zelf mee moeten opbouwen? Zie boekje Didactiseer je organizer. Educator. EI 52/54

Opdracht (II) Hulpmiddelen • • • Aanwezige collega’s (inclusief ons) Tabel examensyllabus Tabel PCC-lijn Konijnposter BINAS … Zie boekje Educator. EI 53/54

Ter afsluiting • Nabespreking mits tijd • Papieren materiaal mag mee • Pdf-presentatie en opdrachtenboekje volgt op de NIBI-site • Heet u verdere vragen (ook naar lesmateriaal): • hhwolter@gmail. com • f. vanwielink@paxchristicollege. nl 54/54 Educator. EI