HET EFFECT VAN
PROJECT-GEBASEERD ONDERWIJS OP
MOTIVATIE EN LEERPRESTATIE
HET ZEILBOOT DESIGN PROJECT ALS CASE-STUDIE
BINNEN STEM-ONDERWIJS
Aantal woorden: 6584
Jozefien Speeckaert
Studentennummer: 01006237Promotor(en): Prof. dr. Katrien Strubbe, Prof. dr. Philippe Smet
Verkorte Educatieve Masterproef (9SP) voorgelegd tot het behalen van de graad van de Educatieve Master in de Lichamelijke Opvoeding
VOORWOORD
Als leerkracht STEM heb ik de taak om leerlingen ‘warm’ te maken voor wetenschappen. Door verschillende wetenschapsvakken te integreren en ook technologie daarbij te combineren, wens ik zowel de leerprestatie als de motivatie bij de leerlingen te doen toenemen. En wie heeft er als leerkracht nu niet graag les aan een gemotiveerde groep leerlingen die vooruitgang boekt?
Persoonlijk vind ik wetenschappen leuk als je bijvoorbeeld zelf iets kan bouwen of als je ze onmiddellijk in de praktijk kan waarnemen. Vanuit mijn hobby zeilen raakte ik gefascineerd door de wetenschap achter het zeilen. Hoe schuin kan mijn boot gaan vooraleer die kapseist? Hoe moet ik mijn zeilen afstellen om zo snel mogelijk vooruit te gaan? Welke krachten werken er in op mijn boot? Het zijn vragen die mij intrigeerden waardoor ik zelf op zoek ging naar antwoorden.
Voor deze masterproef was het voor mij voor de hand liggend dat ik iets wou doen met zeilen en wetenschappen. Ik ontwikkelde daarom een project rond zeilen, het Zeilboot Design Project, en ging na wat het effect hiervan was op de motivatie en de leerprestatie van de leerlingen. Ik heb dan ook heel graag aan dit project gewerkt.
Ik wil graag mijn promotor prof. dr. Katrien Strubbe en mijn co-promotor prof. dr. Philippe Smet bedanken voor hun begeleiding en feedback in dit leerproces.
Tot slot wens ik mijn zeilvrienden te bedanken voor de vele boeiende discussies rond de wetenschap van het zeilen.
Veel leesplezier.
Jozefien Speeckaert
PREAMBULE
In het kader van deze masterproef werd een project ontwikkeld waaraan de leerlingen uit één klas (n=30) gedurende vier opeenvolgende weken zouden werken in de klas. Het project was duidelijk afgebakend in vier lestijden. De leerlingen zouden zelfstandig werken in groepjes van drie. Het project was zodanig opgesteld dat leerlingen met minimale begeleiding zelf de nieuwe lesinhouden zouden kunnen verwerken. Als onderdeel van het project zouden de leerlingen miniatuur zeilbootjes bouwen in de klas om daar vervolgens testen mee uit te voeren. Mijn rol als leerkracht tijdens het project zou vooral bestaan uit observeren en motiveren, eerder dan inhoudelijk bijsturen of feedback geven.
Voorafgaand aan het vierweekse project zou een individuele pre-test worden afgenomen die bestaat uit een vragenlijst rond motivatie en een test rond kennis. Na de vierweekse lessenreeks zou een individuele post-test worden afgenomen die identiek is aan de pre-test.
Omwille van de coronacrisis kon het grootste deel van de onderzoeksopzet doorgaan zoals gepland, namelijk de pre-test en de eerste drie lestijden. Echter de vierde of laatste lestijd van het project kon niet meer doorgaan in de klas en ook de post-test kon niet meer uitgevoerd worden in de klas.
Om deze situatie te ondervangen, heb ik zowel de laatste les als de post-test digitaal doorgestuurd naar de leerlingen. De leerlingen kregen de instructie om de laatste les individueel thuis af te werken. Ik gaf hen ook de instructie om tijdens het invullen van de post-test geen extra bronnen te raadplegen zoals de projectbundel, een boek of het internet. De leerlingen stuurden nadien de ingevulde documenten digitaal door naar mij. De data konden dus alsnog verzameld worden.
Deze preambule werd in overleg tussen de student en de promotor opgesteld en door beide goedgekeurd.
INHOUDSOPGAVE
Abstract ... 1 Inleiding ... 2 Literatuurstudie ... 2 1. Definities ... 2 1.1. Project-gebaseerd onderwijs ... 21.2. STEM als voorbeeld van project-gebaseerd onderwijs ... 3
2. Nood aan project-gebaseerd leren binnen STEM-onderwijs ... 4
3. Effecten van project-gebaseerd onderwijs op de motivatie... 5
4. Effecten van project-gebaseerd onderwijs op de leerprestatie ... 6
5. De onderzoeksvraag ... 8 Onderzoeksdesign ... 9 1. Type onderzoek ... 9 2. Doelgroep ... 9 3. Instrumenten ... 10 4. Procedure ... 10 5. Data-analyse ... 11 Resultaten ... 12
1. Het effect van het Zeilboot Design project op de motivatie. ... 12
2. Het effect van het Zeilboot Design Project op de leerprestatie. ... 13
Discussie ... 15 Conclusie ... 18 Literatuurlijst ... 19 Bijlagen ... 21 A. Geïnformeerde toestemming ... 21 B. SMTSL-vragenlijst ... 23
C. Instrument Cognitieve Testen: Test Kennis + Toepassen ... 24
D. Leermodule Zeilboot Design Project ... 26
E. Output SPSS: SMTSL-vragenlijst ... 48
Abstract
Het doel van deze masterproef was om de effecten te bestuderen van project-gebaseerd onderwijs op de motivatie en leerprestatie. Een quasi-experimentele case-studie werd uitgevoerd aan de hand van het Zeilboot Design project. Dit project werd gedurende vier weken tijdens de lessen STEM geïmplementeerd in een klas vierde jaar Wetenschappen uit het ASO. Het effect van het project op de motivatie en de leerprestatie fysica werd gemeten door voor en na het project respectievelijk de SMTSL-vragenlijst en een cognitieve test fysica af te nemen. Uit de resultaten bleek dat na deze vierweekse interventie de leerlingen hoger scoorden op twee van de drie motivatiedomeinen, namelijk zelf-effectiviteit en stimulatie van de leeromgeving. De totale score op zelf-effectiviteit was na de interventie met 5% gestegen. Dit betekent dat leerlingen in het algemeen meer geloven in hun eigen kunnen. De totale score op stimulatie van de leeromgeving was na de interventie met 6,5% gestegen. Dit betekent dat de motivatie positief werd beïnvloed door de leeromgeving in de klas, zoals een variatie in aangereikte leermethodes en de mogelijkheid tot discussie en interactie tussen de leerlingen onderling. Bovendien was de leerprestatie fysica toegenomen op het vlak van kennis (+16%) en op het vlak van toepassen (+20%).
Project-gebaseerd onderwijs kan een stimulerende leeromgeving teweegbrengen en ervoor zorgen dat leerlingen meer geloven in hun eigen kunnen, wat op zijn beurt de motivatie bij leerlingen kan verhogen. Een stimulerende leeromgeving betekent een voldoende grote variatie in leermethodes en de leerlingen actief betrekken in discussies door in interactie te gaan met hun medeleerlingen. Deze factoren, samen met het actief verwerken van leerinhouden, zouden bovendien aan de basis kunnen liggen van de toegenomen leerprestatie die merkbaar was op het vlak van kennis en toepassen. Echter, voorzichtigheid is geboden bij het interpreteren van de resultaten omwille van enkele belangrijke beperkingen in de studie zoals het ontbreken van een controlegroep.
Inleiding
In het Vlaamse onderwijslandschap komt het vak STEM voor op secundair onderwijsniveau. De didactische kenmerken van het STEM-onderwijs zijn in grote mate gelijkaardig aan die van project-gebaseerd onderwijs en context-gebaseerd onderwijs. Bijgevolg worden beide pedagogische modellen in beschouwing genomen in de literatuurstudie van deze masterproef. De literatuurstudie start met een aantal definities, gevolgd door het belang van project-gebaseerd onderwijs in STEM en de effecten ervan op de leerprestatie en motivatie.
Literatuurstudie
1. Definities1.1. Project-gebaseerd onderwijs
In de literatuur wordt project-gebaseerd leren of project-based learning (PBL) omschreven als een didactisch model gebaseerd op een aantal kenmerken (Blumenfeld et al., 1991; Grant, 2002; Thomas, 2002). De leerlingen moeten hierbij:
• Ontwerpen, problemen oplossen of onderzoek doen;
• Complexe opdrachten uitvoeren in het kader van een uitdagend probleem; • Leren in een authentieke context;
• Een project uitvoeren dat resulteert in realistische producten of presentaties;
• Autonoom of coöperatief leren.
Project-gebaseerd leren onderscheidt zich van de traditionele manier waarop projecten in het onderwijs worden ingezet. Waar bij de traditionele werkwijze van projecten het eindproduct een belangrijke plaats inneemt, dienen de projecten in PBL meer als infrastructuur om het leren van leerlingen vorm te geven en te sturen.
Project-gebaseerd leren is gecentreerd rond de leerling net zoals probleem-gebaseerd onderwijs of problem-based learning (wordt ook vaak afgekort als PBL). Wanneer vanaf nu in dit manuscript de afkorting PBL wordt gebruikt, verwijst deze naar project-gebaseerd onderwijs en niet naar problem-based learning. Problem-based learning wordt door velen als synoniem voor project-gebaseerd leren maar toch zijn er enkele verschillen. In project-gebaseerd onderwijs gelden volgende principes (De Graaff & Kolmos, 2007):
• De studenten moeten een bepaalde uitkomst produceren zoals een bepaald ontwerp (design) of een rapport.
• De studenten moeten een oplossing of strategie zoeken om een probleem effectief op te lossen, terwijl in gebaseerd onderwijs de focus ligt op probleem-management, niet op het produceren van een duidelijke oplossing.
• Verschillende disciplines worden in één project geïncorporeerd, terwijl in probleem-gebaseerd onderwijs vaak op één probleem wordt gefocust binnen eenzelfde discipline. Naast project-gebaseerd en probleem-gebaseerd onderwijs, wordt er in de literatuur ook gesproken van context-gebaseerd onderwijs. In context-gebaseerd onderwijs bij de wetenschapsvakken worden toepassingen en contexten gebruikt als het uitgangspunt voor het ontwikkelen van nieuwe wetenschappelijke kennis en inzichten. Een bekend voorbeeld van context-gebaseerd onderwijs is de benadering van Salters voor het leren van chemie (Bennett & Lubben, 2006). Deze onderwijsbenadering staat in contrast met meer traditionele benaderingen, die eerst wetenschappelijke ideeën behandelen en afsluiten met een korte vermelding van toepassingen. Het doel van de aanpak van context-gebaseerd onderwijs is om jongeren te helpen waarderen hoe wetenschap betrekking heeft op hun huidige en toekomstige leven, en het stimuleren van interesse in wetenschap, met het oog op het aanmoedigen van meer jonge mensen om verder te gaan met wetenschappelijke studies. Context-gebaseerd leren wordt gekenmerkt door brede onderwijsstrategieën zoals probleemoplossende taken en een verscheidenheid aan educatieve werkvormen waarbij wordt losgekomen van het klassieke leren uit een handboek (Bennett, Robinson, & Elbourne, 2003).
Het project dat werd uitgewerkt in het kader van deze scriptie beantwoordt zowel aan de principes van project-gebaseerd onderwijs (PBL) als context-gebaseerd onderwijs.
1.2. STEM als voorbeeld van project-gebaseerd onderwijs
STEM is het acroniem voor Science, Technology, Engineering en Mathematics. In het Vlaamse onderwijslandschap komt het vak STEM voor op secundair onderwijsniveau. In de literatuur wordt dikwijls de term geïntegreerd onderwijs gehanteerd. Bij geïntegreerd STEM-onderwijs wordt getracht de grenzen te slopen tussen de verschillende STEM-disciplines (wetenschappen, wiskunde en technologie). De leerlingen krijgen uitdagende, relevante problemen waarvoor ze oplossingen moeten vinden. Hiervoor hebben ze de kennis en vaardigheden uit de verschillende STEM-disciplines nodig. (Roehrig, Moore, Wang, & Park, 2012; Honey, Pearson, & Schweingruber, 2014). De vijf kenmerken die centraal staan in het geïntegreerd STEM-onderwijs binnen het Vlaamse onderwijslandschap zijn: (1) integratie van STEMleerinhouden; (2) probleemgecentreerd leren via toepassen van STEMconcepten en -praktijken; (3) onderzoekend en ontwerpend leren; (4) samenwerkend leren; (5) rekening houden met vakdidactische input (Knipprath, De Cock, Dehaene, & Petegem, n.d.; Veretenniscoff & Vandewalle, 2015). In het STEM-kader voor het Vlaamse onderwijs van het departement Onderwijs & Vorming worden deze principes nog uitgebreid met: denken, redeneren, modelleren en abstraheren; inzicht verwerven in de maatschappelijke relevantie van
STEM; verwerven en interpreteren van informatie en communiceren over STEM (Departement Onderwijs & Vorming, n.d.).
De didactische kenmerken van geïntegreerd STEM-onderwijs zijn in grote mate gelijkaardig aan die van project-gebaseerd onderwijs en context-gebaseerd onderwijs. Beide pedagogische onderwijsbenaderingen worden door elkaar gebruikt voor het beschrijven van STEM-onderwijs. Volgens Capraro (2013) kenmerkt STEM-onderwijs zich als volgt: de studenten moeten verschillende problemen oplossen die kaderen in een groter contextueel probleem. Het leren is dynamisch omdat studenten verschillende processen en methoden gebruiken om het project te verkennen. Het project is in het algemeen rijk aan veelzijdige informatie, maar de aanwijzingen worden tot een minimum beperkt. De rijkdom van de informatie is vaak direct gerelateerd aan de kwaliteit van het leren en het niveau van betrokkenheid van de leerling (Capraro, Capraro, & Morgan, 2013).
2. Nood aan project-gebaseerd leren binnen STEM-onderwijs
In het Vlaamse secundair onderwijs behaalt 45,88% van de leerlingen een STEM-diploma. Eén derde daarvan kiest voor een STEM-richting in het hoger onderwijs waarvan 27,5% van die één derde afstuderen aan de hogescholen of universiteiten. Een deel daarvan stroomt niet door naar een STEM-job (Departement Onderwijs & Vorming, 2019). Er is een steeds groeiende vraag naar ingenieurs, wetenschappers en mensen met een technisch diploma, maar het Vlaamse onderwijs kan niet voldoen aan die vraag (Van den Berghe & De Martelaere, 2012).
Er zijn verschillende redenen waarom slechts een klein deel van de leerlingen wetenschappelijke studies aanvatten.
Een eerste reden is dat wetenschappen vaak abstract wordt aangeleerd. Bijvoorbeeld in de lessen chemie worden verschillende formules aangeleerd waardoor de leerlingen meestal onvoldoende voeling hebben met het nut van deze formules in het echte leven. Het curriculum van de leerlingen is vaak zeer gedetailleerd en uitgebreid. Tegelijkertijd wordt er weinig belang gehecht aan het opvangen of oplossen van de grote werelduitdagingen van morgen en het begrijpen van de wereld rondom ons (Harlen, 2010).
Een tweede reden is dat leerkrachten soms te weinig kennis hebben in bepaalde wetenschappelijke domeinen, bijvoorbeeld wanneer de leerkracht vooral in biologie geschoold is maar niet in fysica. Lesgeven overheen de verschillende domeinen blijkt een uitdaging voor iedereen te zijn.
Een derde reden is het verband tussen de manier van evaluatie en het lesgeven. In het Vlaamse onderwijs wordt op regelmatige basis geëvalueerd op basis van testen, wat ervoor zorgt dat ook het lesgeven vaak rond losse concepten of hoofdstukken wordt georganiseerd. Dit betekent dat men in de lessen te weinig verbanden legt tussen verschillende stukken van de leerstof.
Verder worden nog tal van redenen aangereikt zoals: het lerarentekort in het algemeen; de planlast voor leerkrachten; problemen en barrières die leerkrachten ondervinden zoals de
virtuele wereld van ‘instant pleasure’ en de invloed van ‘veelschermenomgevingen’ op de verminderde kernaandachtspanne; onrealistische verwachtingen van ouders; een overladen lesprogramma waardoor de leerkracht zelf weinig ruimte vindt om de eigen interesses te belichten en te weinig overleg tussen vakleerkrachten (Veretenniscoff & Vandewalle, 2015).
Het resultaat is dat de wijze waarop de vakken wetenschappen, wiskunde en technologie in het secundair onderwijs in Vlaanderen worden, leerlingen onvoldoende klaarmaken voor een wereld waarin alles snel verandert door steeds nieuwe toepassingen in wetenschappen, technologie en ingenieurstechnieken. De vraag dringt zich op aan projecten waarin kennis en inzichten van wetenschappen, wiskunde en technologie interdisciplinair of geïntegreerd worden ingezet.
.
3. Effecten van project-gebaseerd onderwijs op de motivatie
Uit het literatuuronderzoek van Gijbels (2005) blijkt dat context-gebaseerd onderwijs op basis van drie aspecten beoordeeld kan worden: het probleemoplossend vermogen van leerlingen, de beheersing van inhoudelijke kennis en de motivatie (Gijbels, Dochy, Van den Bossche, & Segers, 2005). In dit deel gaan we dieper in op het effect van project-gebaseerd onderwijs op de motivatie.
In verschillende studies die het effect van PBL nagaan werden positieve resultaten gevonden met betrekking tot motivatie (Baş, 2011; Doppelt, 2003; Liu, 2003). Zo werd bijvoorbeeld in de studie van Baş (2011) bij 60 leerlingen in Turkije van 14 tot 15 jaar oud een grotere motivatie ten aanzien van de Engelse les vastgesteld na afloop van 4 weken PBL (Baş, 2011).
Positieve effecten op motivatie werden ook gevonden in de studie van Tati (2017) die het project Designing Boat Model in STEM in Indonesië implementeerde bij 56 studenten van 13 tot 14 jaar. De leerlingen waren meer gemotiveerd en geïnteresseerd in wetenschappen na afloop van het project in vergelijking met de controlegroep. De meeste leerlingen waren enthousiast voor het ontwerpen en maken van een bootmodel (Tati, Firman, & Riandi, 2017).
Zoals eerder vermeld onder hoofdstuk 1. Definities werd in het kader van deze scriptie een project ontwikkeld dat zowel aan de principes van PBL als context-gebaseerd onderwijs beantwoordt. Het loont daarom de moeite om ook de effecten van context-gebaseerd onderwijs op de motivatie te verkennen.
De effecten van context-gebaseerd onderwijs op de motivatie werden onderzocht in de review van Bennett (2003). Uit de review blijkt dat er meestal sterke aanwijzingen zijn die er op wijzen dat context-gebaseerd onderwijs de motivatie voor wetenschappen bij leerlingen doet toenemen (tabel 1). Dit blijkt bijvoorbeeld uit de studie van Ramsden (1997) waarin het effect van een context-gebaseerde aanpak (Salters) werd onderzocht bij 168 leerlingen van 15 tot 16 jaar overheen vier scholen in Engeland. Er werd vastgesteld dat de leerlingen een hogere interesse
hadden in de lessen wetenschappen na het volgen van context-gebaseerd onderwijs in vergelijking met traditioneel onderwijs.
Echter, in de studie van Wierstra & Wubbels (1994) waarin het effect van een vierweeks context-gebaseerd project rond fysica (het Project Leerpakketontwikkeling Natuurkunde of PLON) bij 209 leerlingen van 15-16 jarigen in Nederland werd onderzocht, stelden de onderzoekers vast dat er een minder positieve houding was ten opzichte van wetenschappen na het project.
Tabel 1: Samenvatting van de gerapporteerde effecten van context-gebaseerd onderwijs op motivatie (Bennett et al., 2003).
Studie Effect op motivatie
(Barber, 2000) Meer interesse en meer blijvende interesse in chemie. (Ramsden, 1997) Hoger niveau van herkennen van relevantie van chemie. (R. Wierstra, 1984) Meer positieve houding ten opzichte van wetenschappen. (R. F. A. Wierstra &
Wubbels, 1994)
Minder positieve houding ten opzichte van wetenschappen. (Yager & Weld,
1999)
Meer positieve houding naar wetenschappen.
Bovendien zou STEM-onderwijs op lange termijn zowel positieve als negatieve effecten hebben op affectieve uitkomsten. Dit blijkt uit de vierde studie van het proefschrift van De Loof (2019) bij 859 leerlingen van 15 tot 16 jaar verdeeld overheen 39 Vlaamse scholen. In deze studie werd het effect van een geïntegreerde STEM-interventie op de motivatie van leerlingen onderzocht. Hieruit blijkt dat na de tweejarige interventie de motivatie tegenover wetenschappen en wiskunde was toegenomen (vooral de gecontroleerde motivatie), maar de motivatie op vlak van zelf-effectiviteit was afgenomen. De rol van de leerkracht (bijvoorbeeld zijn/haar motivatiestijl) en de externe en interne druk die leerlingen voelden vanwege het innovatieve STEM-project waarvan zij deel uitmaakten, zouden mogelijke verklaringen kunnen zijn van de lagere zelf-effectiviteit (De Loof, Boeve-De Pauw, & Van Petegem, 2019).
4. Effecten van project-gebaseerd onderwijs op de leerprestatie
De effectiviteit van PBL werd in verschillende studies onderzocht. In de studie van Schneider, Krajcik, Marx, en Soloway (2002) werd het effect onderzocht van PBL bij techniek en wetenschappen in een groep van 142 leerlingen van 15- tot 16-jarigen en 16- tot 17-jarigen in de Verenigde Staten (Schneider, Krajcik, Marx, & Soloway, 2002). De leerlingen deden nadien een landelijke toets en scoorden op 44% van de testitems beter na de interventie in vergelijking met de vergelijkbare landelijke referentiegroep. Ze scoorden vooral beter op de vragen binnen aardwetenschappen, gevolgd door fysica en daarna biologie. De vragen waren rond kennis, inzicht en onderzoeksvaardigheden. Bovendien scoorden de leerlingen beter op de open vragen die een uitgebreid antwoord op een complexe probleemstelling vereisten. De leerlingen konden uitgebreider en gedetailleerder antwoorden, en meer ideeën bedenken dankzij de PBL-interventie.
In de studie van Hernandez-Ramos en De La Paz (2009) werd het effect van PBL met inzet van multimedia op de geschiedeniskennis onderzocht in een groep van 70 scholieren van 13 tot 14 jaar (Hernandez-Ramos & De La Paz, 2009). Na 6 weken les te krijgen volgens PBL scoorden de leerlingen beter op kennisvragen dan de controlegroep die op de klassieke manier les kregen.
In de studie van Baş (2011) scoorden leerlingen na 4 weken les volgens PBL beter op een academische test Engels rond vaardigheden en kennis. De studie werd uitgevoerd bij 60 leerlingen in Turkije van 14 tot 15 jaar (Baş, 2011).
In de studie van Tati (2017) werden ook positieve effecten vastgesteld op het vlak van wetenschappelijk inzicht. In deze studie werd het project Designing Boat Model geïmplementeerd in STEM bij 56 studenten in Indonesië van 13 tot 14 jaar en werd vastgesteld dat leerlingen beter scoorden op inzichtsvragen rond wetenschappen, wiskunde en technologie.
Echter, het uitvoeren van STEM-projecten zouden zowel positieve als negatieve effecten hebben op het vlak van kennis en toepassen. In de derde studie in het proefschrift van De Loof (2019) werd het effect nagegaan van geïntegreerd STEM-onderwijs bij 859 leerlingen uit het derde en vierde jaar secundair onderwijs verspreid over 39 Vlaamse scholen. De geïntegreerde STEM-aanpak werd vergeleken met de klassieke onderwijsaanpak (wetenschappen, wiskunde en engineering worden benaderd als aparte vakken zonder project). Na twee jaar geïntegreerd STEM-onderwijs waren er positieve effecten op het gebied van kennis en toepassingen in de wiskunde en technologische concepten (De Loof, 2019). Maar de kennis en inzichten in de fysica en geïntegreerde vragen rond wiskunde en fysica waren niet significant toegenomen overheen twee jaar in vergelijking met de controlegroep.
In de systematische review van Bennett (2003) werd onderzocht welke aanwijzingen er zijn dat context-gebaseerd onderwijs de wetenschappelijke kennis zou verhogen bij 11-18 jarigen. De review toonde aan dat (a) context-gebaseerd onderwijs geen nadelige invloed heeft op wetenschappelijke kennis en (b) dat er slechts beperkt bewijsmateriaal is dat suggereert dat context-gebaseerd onderwijs de wetenschappelijke kennis en inzichten kan verbeteren. Aanwijzingen voor een verbetering werd aangetoond in de studie van Yager & Weld (1999). Hieruit blijkt dat leerlingen die wetenschappen kregen via context-gebaseerd onderwijs, beter scoorden op kennis- en toepassingsvragen. Daarnaast toonde de studie van Wierstra (1984) aan dat de leerlingen die gebaseerd onderwijs kregen, beter scoorden op context-gebaseerde vragen, terwijl leerlingen die de klassieke manier van onderwijs kregen, beter scoorden op de vragen die op de klassieke manier zijn opgesteld. Deze resultaten suggereren dat de manier van evalueren moet aangepast zijn aan de manier van lesgeven. Niettemin zijn er meerdere studies die minder positieve effecten van context-gebaseerd onderwijs aantonen (Barber, 2000; Ramsden, 1997; R. F. A. Wierstra & Wubbels, 1994). Zo blijkt uit de Barber-studie, waarin leerlingen chemie kregen via de aanpak van context-gebaseerd leren, dat
leerlingen minder goed scoorden dan de leerlingen die de meer klassieke cursus kregen (Barber, 2000). In tabel 2 wordt het samenvattend overzicht gegeven uit de review van Bennett (2003).
Tabel 2: Samenvatting van de gerapporteerde effecten van context-gebaseerd onderwijs op kennis en inzicht in wetenschappen (Bennett et al., 2003).
Studie Effect op kennis en inzichten
(Barber, 2000) Leerlingen die context-gebaseerd onderwijs kregen scoren minder goed op de test met traditioneel-opgestelde vragen.
(Ramsden, 1997) Geen verschil in het begrijpen van chemische concepten. (R. Wierstra, 1984) Geen verschil op vragen rond kennis en inzicht van fysica, maar:
de leerlingen die context-gebaseerd onderwijs kregen scoorden beter op context-gebaseerde vragen. De leerlingen die de klassieke manier van onderwijs kregen scoorden beter op de traditioneel-opgestelde vragen. (R. F. A. Wierstra &
Wubbels, 1994)
Geen verschil op vragen rond kennis en inzicht van fysica.
(Yager & Weld, 1999) Leerlingen die wetenschappen via context-gebaseerd onderwijs kregen scoorden beter op de vragen rond kennis en inzichten.
Uit bovenstaande studies blijkt dat er zowel positieve als negatieve effecten van context-gebaseerd onderwijs op de leerprestatie zijn vastgesteld.
5. De onderzoeksvraag
Uit de literatuurstudie stellen we enerzijds vast dat Vlaamse jongeren minder interesse tonen in STEM, anderzijds zijn er aanwijzingen dat een beperkt aantal jongeren kiezen voor STEM-gerelateerde studies in het hoger onderwijs. Daarnaast zijn er aanwijzingen dat project-gebaseerd onderwijs voor wetenschappen positieve effecten zou kunnen hebben op de kennis, inzichten en motivatie bij leerlingen. Om deze aanwijzingen te bevestigen, is er nood aan ontwikkeling en evaluatie van meer en nieuwe project-gebaseerde onderwijsbenaderingen in STEM. In deze context wordt in deze scriptie het Zeilboot Design project ontwikkeld en gebruikt om een antwoord te zoeken op volgende onderzoeksvraag:
Wat is het effect van het Zeilboot Design Project — als casestudie van project-gebaseerd leren binnen STEM-onderwijs — op de leerprestatie en motivatie van leerlingen?
De beoogde effecten die met het project worden nagestreefd bij de doelgroep zijn zowel een verbetering op het vlak van de leerprestatie (kennis + toepassen fysica) als een verhoogde motivatie.
Onderzoeksdesign
1. Type onderzoekHet doel van dit onderzoek was om het Zeilboot Design Project te ontwerpen en uit te voeren in de lessen ‘STEM Project’ in een klas uit het vierde jaar secundair onderwijs, om vervolgens de effecten op de leerprestatie en motivatie van de leerlingen te onderzoeken. Onder onderzoekers wordt dit type onderzoek aangeduid met ‘design-based research’ en in lerarenopleidingen als ‘praktijkgericht ontwerponderzoek’. De term ‘evaluatieonderzoek’ van (educatieve) activiteiten waarin het effect van programma’s of projecten wordt onderzocht, wordt ook vaak gehanteerd, en het onderzoek lijkt dan op een experiment. Methodologisch bekeken lijken al deze onderzoeksmethodologieën op elkaar en zijn ze gericht op het vaststellen van effecten (Stokking, 2016).
Om de verandering van de leerprestatie en motivatie vast te stellen, werd voor en na de interventie respectievelijk een pre- en posttest afgenomen. Uit de vergelijking van de pre- en posttest blijkt dan of er veranderingen zijn opgetreden zijn of niet. Omwille van de onderwijscontext was het praktisch onmogelijk om in het hier uitgevoerde onderzoek ook met een controlegroep te werken. Het gaat daarom om een quasi-experimenteel onderzoek waarbij de relatieve effecten in vergelijking tot eerdere momenten (bij dezelfde deelnemers) worden onderzocht.
2. Doelgroep
Gezien de aangehaalde problematiek, een daling van de belangstelling in STEM na het secundair onderwijs onder leerlingen die aanvankelijk in het secundair onderwijs voor een STEM-studierichting hebben gekozen, beperken we onze doelgroep binnen het huidige onderzoek tot leerlingen uit een wetenschappelijke studierichting in het ASO. In tabel 3 staat informatie over de school, de richting, de klas en het aanbod van het project binnen het rooster van de leerlingen. De leerlingen tekenden de geïnformeerde toestemming (bijlage A).
Tabel 3 Situering doelgroep, aantal leerlingen en aanbod van het project.
Situering doelgroep Aantal leerlingen Aanbod van het project Katholiek Onderwijs
Vlaanderen
Secundair Onderwijs 2e Graad ASO (4e jaar) – Richting: Wetenschappen
Klas met 30 leerlingen die het vak STEM Project volgen.
n=30 (♂21; ♀9)
De leerlingen hebben één lesuur STEM Project per week.
Het Zeilboot Design Project wordt in 4 opeenvolgende lessen geïmplementeerd.
3. Instrumenten
De gevalideerde en betrouwbare SMTSL-vragenlijst (Students’ Motivation Toward Science Learning) werd gebruikt om de motivatie te meten. In deze vragenlijst werden drie domeinen van motivatie bevraagd: zelf-effectiviteit (ZE), actieve leerstrategieën (AL) en stimulerend effect van de leeromgeving (LO) (bijlage B) (H.-L. Tuan, 2005).
Om directe effecten met betrekking tot kennis en inzicht te meten, werd door de onderzoeker van deze scriptie een instrument ontwikkeld met cognitieve testen, genaamd test Kennis + Toepassen, om directe effecten met betrekking tot kennis en inzicht te meten (bijlage C). Het instrument bestaat uit twee kennisvragen fysica en vijf toepassingsvragen fysica die gebaseerd zijn op de leerinhoud van het project Zeilboot Design (bijlage D). De leerinhoud werd opgesteld rekening houdend met de leerplandoelstellingen voor het tweede jaar wetenschappen uit de 2e graad ASO (vvkso).
4. Procedure
Het Zeilboot Design Project werd geïmplementeerd in vier opeenvolgende lessen STEM Project. Eén week voor en één week na het project werden respectievelijk de pre- en posttest afgenomen. Deze testen omvatten zowel de SMTSL-vragenlijst als de cognitieve testen om respectievelijk de verandering in motivatie en de cognitieve leerprestatie vast te stellen (fig. 1).
Figuur 1 Planning van de metingen
De leermodule voor het Zeilboot Design Project werd in het kader van de huidige masterproef ontwikkeld (bijlage D). De aanpak van het project is gebaseerd op de principes van integratie van STEM-leerinhouden. Andere principes die werden geïncorporeerd zijn onderzoekend leren, ontwerpend leren en probleemgecentreerd leren.
De groep leerlingen kreeg les volgens de didactische principes van project-gebaseerd onderwijs. Dit betekent dat de leerlingen samenwerkten in kleine groepen en de bundel zo veel als mogelijk autonoom verwerkten tijdens de vier lessen. Hoewel de leerlingen tijdens het project relatief autonoom werkten, hebben ze begeleiding en ondersteuning gekregen van de leerkracht. De leerkracht had daarbij een superviserende rol eerder dan faciliterend, de leerlingen kregen
werkbladen met instructies en hadden de mogelijkheid vragen te stellen aan medeleerlingen en aan de leerkracht (Grant, 2002).
5. Data-analyse
De leerlingen vulden volgens het pre-post design de SMTSL-vragenlijst en de Test Kennis + Toepassen in op het pre-moment (week 0). Vervolgens werd er een vierweekse interventie lessenreeks doorlopen waarin het Zeilboot Design Project werd uitgevoerd (zie 4. Procedure). Tenslotte werd op het post-moment (week 5), dezelfde SMTSL-vragenlijst en Test Kennis + Toepassen afgenomen om te kijken wat de evolutie van de leerlingen is tussen pre en post-test. Voor het analyseren van de gekoppelde paren, dit wil zeggen twee metingen (pre en post) van dezelfde variabelen bij dezelfde persoon, werd de Paired-Samples T-test of gepaarde t-test gebruikt in SPSS Statistics 26. De keuze van de statistische test is naar analogie met de studie van Cheng (H. L. Tuan, Chin, Tsai, & Cheng, 2005).
Resultaten
1. Het effect van het Zeilboot Design project op de motivatie.
In bijlage E bevindt zich de gedetailleerde output van de SMTSL-vragenlijst, verkregen via SPSS. Aangezien twee leerlingen de SMTSL-vragenlijst uit de post-test niet meer hadden ingezonden, werden hun resultaten uit de SMTSL-vragenlijst van de pretest uit de data-analyse gehaald. In totaal vulden dus 28 leerlingen de SMTSL-vragenlijst twee keer in: één keer tijdens de pretest en één keer tijdens de posttest.
Tabel 4 geeft aan dat de motivatie van de leerlingen is veranderd na de vierweekse interventie. Uit de data blijkt dat na deelname aan het Zeilboot Design Project de totale motivatiescore significant gestegen is met 6,2% (p=0,003). De scores op twee van de drie motivatiedomeinen, namelijk zelf-effectiviteit (ZE) (p=0,002) en stimulatie van de leeromgeving (LO) (p=0,033), zijn ook significant gestegen met resp. 5,6% en 7,0%. De scores van het domein actieve leerstrategieën (AL) zijn niet significant verschillend tussen de pre- en postmeting (p=0.161). Het domein AL heeft de hoogste gemiddelde scores, daarna het domein ZE en vervolgens het domein LO.
Tabel 4 Resultaten t-testen tussen pre- en posttest van de drie domeinen uit de SMTSL-vragenlijst (n=28).
ZE¥ AL LO TOTAAL
(ZE+AL+LO)
M/SD Mdiff M/SD Mdiff M/SD Mdiff M/SD Mdiff
PRE 27,5/3,4
+5,6% 30,4/3,4 +6,4% 18,9/3,1 +7,0% 76,8/7,9 +6,2%
POST 29,1/2,9 32,3/7,7 20,2/3,6 81,6/9,5
t -3,370 -1,442 -2,253 -3,295
p-waarde 0,002* 0,161 0,033* 0,003
ZE¥: in de analyses werd gecorrigeerd voor de negatie in dit item door de scores aan te passen:
1->5,2->4,5->1,4->2. Het gemiddelde (M), de standaarddeviatie (SD), het procentuele verschil in gemiddelde (Mdiff), de t-waarde en p-waarde zijn weergegeven. *p<0,05
Tabel 5 illustreert de verandering van de scores voor de afzonderlijke items van de domeinen zelf-effectiviteit (ZE) en stimulerend effect van de leeromgeving (LO). De scores op item 2 en 3 van het domein ZE en item 2 en 6 van het domein LO zijn significant gestegen.
Tabel 5 Resultaten van de t-testen tussen pre- en posttest van de verschillende items van de drie domeinen uit de SMTSL-vragenlijst (n=28). Parameter Item M (pre/post) t p-waarde ZE1PRE - ZE1POST 3,6/3,9 -1,368 0,183 ZE2PRE - ZE2POST 3,7/4,0 -2,202 0,036* ZE3PRE - ZE3POST 3,8/4,0 -2,260 0,032* ZE4PRE - ZE4POST 4,5/4,7 -1,413 0,170 ZE5PRE - ZE5POST 4,0/4,1 -1,000 0,327 ZE6PRE - ZE6POST 3,9/4,0 -1,000 0,326 ZE7PRE - ZE7POST 4,6/4,4 ,827 0,416 LO1PRE - LO1POST 3,2/3,3 -,895 0,379 LO2PRE - LO2POST 3,3/3,7 -2,091 0,046*
LO3PRE - LO3POST 3,1/3,2 -,372 0,713
LO4PRE - LO4POST 3,3/3,5 -1,654 0,110
LO5PRE - LO5POST 3,3/3,4 -,451 0,656
LO6PRE - LO6POST 2,9/3,4 -2,159 0,040*
Het gemiddelde (M), de t-waarde en de p-waarde zijn weergegeven. *p<0,05
Tabel 6 toont de details van deze vier significante items uit de motivatiedomeinen zelf-effectiviteit en stimulerend effect van de leeromgeving.
Uit de posttest blijkt dat 79,3% van de leerlingen er vertrouwen in heeft dat hij/zij de moeilijke wetenschappelijke concepten kan begrijpen, terwijl dit op de pretest om 67,7% van de leerlingen ging. Bovendien blijkt uit de posttest dat 82,8% van de leerlingen er zeker van is dat hij/zij het goed kan doen op een toets wetenschapen, terwijl dit op de pretest om 80,7% van de leerlingen ging.
Uit de posttest blijkt dat 60,7% van de leerlingen bereid is om deel te nemen aan Project STEM omdat de leerkracht een variëteit aan leermethodes gebruikt, terwijl dit in de pretest om 45,2% van de leerlingen ging. Bovendien blijkt uit de posttest dat 50,0% van de leerlingen bereid is om deel te nemen aan Project STEM omdat de leerlingen betrokken zijn in discussies tijdens de les, terwijl dit in de pretest om 22,6% van de leerlingen ging.
Tabel 6 Details van de vier significante items uit de domeinen zelf-effectiviteit (ZE) en stimulerend effect van de leeromgeving (LO) uit de SMTSL-vragenlijst (n=28).
Parameter Item
Overeenkomstig Item % akkoord* % helemaal
akkoord**
% Globaal akkoord***
PRE POST PRE POST PRE POST
ZE2PRE-ZE2POST
2) ik heb er geen vertrouwen in dat ik de moeilijke wetenschappelijke concepten kan begrijpen ¥
58,1 55,2 9,7 24,1 67,7 79,3
ZE3PRE - ZE3POST
3) ik ben zeker dat ik het goed kan doen op een toets wetenschappen
77,4 51,7 3,2 31,0 80,7 82,8
LO2PRE - LO2POST
2) ik ben bereid om deel te nemen aan Project STEM omdat de leerkracht een variëteit aan leermethodes gebruikt’
38,7 46,4 6,5 14,3 45,2 60,7
LO6PRE - LO6POST
6) ik ben bereid om deel te nemen aan Project STEM omdat de leerlingen betrokken zijn in discussies tijdens de les
22,6 39,3 0,0 10,7 22,6 50,0
¥ in de analyses werd gecorrigeerd voor de negatie in dit item door de scores aan te passen:
1->5,2->4,5->1,4->2. *% akkoord=het percentage van de leerlingen die cijfer 4 hebben geantwoord op de schaal;**% helemaal akkoord=het percentage van de leerlingen die cijfer 5 hebben geantwoord op de schaal; ***Globaal akkoord=% akkoord + % helemaal akkoord ofwel het percentage van de leerlingen die 4 of 5 hebben geantwoord op de schaal.
2. Het effect van het Zeilboot Design Project op de leerprestatie.
In tabel 7 wordt de verandering in scores weergegeven tussen het pre- en postmoment op de Test Kennis + Toepassen. In totaal maakten 30 leerlingen de Test Kennis + Toepassen zowel tijdens de pre- als posttest. Het deel Kennis bestond uit twee deelvragen en het deel Toepassen
uit vijf deelvragen (bijlage C). Uit de tabel blijkt dat de totale scores zowel voor het deel Kennis als het deel Toepassen significant gestegen zijn (p<0,05).
Tabel 7 Resultaten t-testen tussen pre- en posttest van de test Kennis + Toepassen (n=30).
Kennis Toepassen M/SD Mdiff M/SD Mdiff PRE 0,77/0,23 +15,58% 0,54/0,19 +20,37% POST 0,89/0,17 0,65/0,20 t -2,473 -3,084 p-waarde 0,020* 0,004*
Het gemiddelde (M) is een punt op 1, de standaarddeviatie (SD), het percentuele verschil in gemiddelde
(Mdiff), de t-waarde en p-waarde zijn weergegeven. *p<0,05
Uit tabel 8 blijkt dat de score op de eerste kennisvraag, namelijk “wat zijn de vier kenmerken van een kracht?”, significant gestegen is (p=0,017). Daarnaast zijn ook de scores op de tweede toepassingsvraag, namelijk “verklaar aan de hand van de wet van Archimedes waarom de twee krachtvectoren even groot zijn”, en de vierde toepassingsvraag, namelijk “wat is een krachtmoment en verduidelijk aan de hand van het voorbeeld van de zeilboot”, significant gestegen (p=0,001). Er is geen significant leereffect voor de andere deelvragen.
Tabel 8 Resultaten van de t-testen tussen pre- en posttest voor de verschillende deelvragen uit de test Kennis + Toepassen (n=30).
Parameter deelvragen M (pre/post) t p-waarde
FYS_KEN_1_PRE- FYS_KEN_1_POST 0,79/0,97 -2,536 0,017* FYS_KEN_2_PRE- FYS_KEN_2_POST 0,75/0,82 -,891 0,380 FYS_TOE_1_PRE- FYS_TOE_1_POST 0,95/0,93 ,441 0,662 FYS_TOE_2_PRE- FYS_TOE_2_POST 0,28/0,62 -3,551 0,001* FYS_TOE_3_PRE- FYS_TOE_3_POST 0,80/0,87 -,724 0,475 FYS_TOE_4_PRE- FYS_TOE_4_POST 0,03/0,38 -3,881 0,001* FYS_TOE_5_PRE- FYS_TOE_5_POST 0,63/0,45 1,613 0,118
Het gemiddelde (M), de t-waarde en p-waarde zijn weergegeven. *p<0,05
In bijlage F kan de gedetailleerde output uit SPSS van de test Kennis + Toepassen teruggevonden worden.
Discussie
In deze studie werd het Zeilboot Design Project geïmplementeerd tijdens de lessen STEM Project gedurende vier weken. Uit de resultaten blijkt dat na deze vierweekse interventie de motivatie op twee van de drie domeinen is toegenomen: op het vlak van zelf-effectiviteit en op het vlak van stimulatie van de leeromgeving. De toegenomen motivatie werd ook subjectief uit de klaspraktijk afgeleid. De leerlingen waren enthousiast om zelf bootmodellen te maken en te testen en er was meer interactie tussen de medeleerlingen onderling.
De totale score op zelf-effectiviteit is met 5% gestegen. Dit betekent dat leerlingen in het algemeen meer geloven in hun eigen kunnen, wat ook blijkt uit het feit dat er na de interventie 11% meer leerlingen akkoord gingen met de stelling of ze geloven in hun eigen mogelijkheid om wetenschappelijke concepten te begrijpen. Deze hogere score houdt indirect verband met de leereffecten. Uit de literatuur blijkt namelijk dat de schaal zelf-effectiviteit uit de SMTSL-vragenlijst de hoogste positieve correlatie heeft met de leerprestatie (r=0,46) (H.-L. Tuan, 2005). Dit positief verband zien we ook terug in de resultaten: de leerprestatie fysica is toegenomen op het vlak van kennis (+16%) en op het vlak van toepassen (+20%). Hiermee kan de hogere score op zelf-effectiviteit verklaard worden.
De totale score op stimulatie van de leeromgeving steeg met 6,5% na de interventie. Dit betekent dat de motivatie positief werd beïnvloed door de leeromgeving in de klas, zoals de aangereikte leermethodes, het gedrag van de leerkracht en de interactie tussen de leerlingen onderling. De toename van de totale score op stimulatie van de leeromgeving is het resultaat van een significante toename van de score van twee items uit deze schaal. Uit het eerste item blijkt dat na de interventie meer leerlingen (+16%) akkoord waren met de stelling of ze bereid zijn om deel te nemen aan Project STEM omdat de leerkracht een variëteit aan leermethodes gebruikt. De aangereikte leermethode in dit geval was de methode van project-gebaseerd onderwijs waarbij de inhoud uitdagend was maar ook gevarieerd. Het project bestond uit verwerken van stukjes tekst, zelf bouwen van een miniatuur zeilbootje, experimenten uitvoeren met voorwerpen zoals een lepel, fles en kaars om het Coanda-effect beter te begrijpen, online filmpjes bekijken, opdrachten invullen, enzoverder. Uit het tweede item blijkt dat na de interventie een groter deel van de leerlingen (+27%) instemden met de stelling of ze bereid zijn om deel te nemen aan Project STEM omdat ze betrokken zijn in discussies tijdens de les. De interactie met de leerlingen werd vooral uitgelokt door ze enerzijds in groepjes te laten werken en anderzijds door mijn rol als leerkracht die voornamelijk bestond uit ondersteunen en motiveren. In beperkte mate werd wel eens inhoudelijk bijgestuurd, bijvoorbeeld wanneer een groepje leerlingen een verkeerde vaarrichting aanduidden voor een bepaalde stand van het roer. De leerlingen kregen de suggestie om opnieuw de test uit te voeren in de waterbak en goed te kijken naar wat er gebeurt met de vaarrichting wanneer het roer naar stuur- of bakboord wordt gedraaid. Naast het geven van kleine opmerkingen of suggesties, werd er dus vooral leerling-gestuurd gewerkt.
Een toename in motivatie ten gevolge van project-gebaseerd onderwijs was ook in andere studies uit de literatuur merkbaar. Uit de studie van Tati (2017) waarin het effect van de
project-gebaseerde aanpak via een gelijkaardig project rond het ontwerpen van een boot werd onderzocht, bleek dat de leerlingen meer gemotiveerd waren en geïnteresseerd waren in het leren van wetenschappen na het project.
De interventie heeft de scores op het motivatiedomein actieve leerstrategieën niet significant veranderd tussen de pre- en postmeting. Dit kan verklaard worden omwille van het feit dat de scores in dit domein reeds in de premeting het hoogste waren van alle domeinen en dat bijgevolg een extra stijging minder waarschijnlijk was. In het grootste deel van de lessen die voorafgegaan zijn aan die van het Zeilboot Design project, werd namelijk steeds ingezet op het actief ontdekken en verwerken van leerinhouden en hierop werd verder ingezet tijdens het Zeilboot Design Project. Het was dan ook te verwachten dat er op het vlak van het motivatiedomein actieve leerstrategieën geen extra effect werd veroorzaakt door de interventie.
De leerprestatie fysica is toegenomen op het vlak van kennis (+16%) en op het vlak van toepassen (+20%). Ondanks dat de leerlingen de inhoud niet moesten memoriseren of instuderen, hebben ze toch kennis verworven. Dit zagen we vooral in de vraag over de vier kenmerken van een kracht waarvan de scores tussen de pre- en posttest met 18% zijn toegenomen. Op het vlak van toepassen hebben ze inzichten opgedaan in de wet van Archimedes en het concept van een krachtmoment. Dit blijkt uit een significante stijging in de resultaten van deze vragen met resp. 34% en van 35%. Vergelijkbare resultaten werden gerapporteerd in de studie van Schneider et al. (2002). Project-gebaseerd onderwijs zorgde ervoor dat de leerlingen 44% beter scoorden na de interventie op een test wetenschappen die zowel kennis als toepassen omvat. In de studie van Tati (2017) werden ook positieve effecten vastgesteld op het vlak van kennis. In deze studie werd het project Designing Boat Model geïmplementeerd in STEM bij 56 studenten van 13 tot 14 jaar en werd vastgesteld dat leerlingen beter scoorden op meerkeuzevragen rond wetenschappen (+31%). Een mogelijke verklaring voor deze hogere scores in leerprestatie is de actieve rol die de leerlingen kregen in dit project, wat eigen is aan project-gebaseerd onderwijs. Door oplossingen te zoeken door o.a. miniatuur zeilbootjes te maken en zelf proeven uit te voeren, kregen de leerlingen verantwoordelijkheid over hun eigen leerproces. Verder konden de leerlingen kennis en inzicht verwerven door met elkaar in interactie te gaan en op die manier verschillende ideeën en standpunten van medeleerlingen te ontvangen.
Op basis van de inzichten die voortkomen uit dit onderzoek kunnen we samenvatten dat het Zeilboot Design model, als casestudie van project-gebaseerd onderwijs, effectief werkte om de motivatie en leerprestatie van de leerlingen te verhogen. Dit blijkt ook uit andere studies. Verder onderzoek is nodig om dit te bevestigen, maar het zou wel goed zijn als leerkrachten de kennis en middelen hebben om project-gebaseerd onderwijs op een gepaste wijze vorm te kunnen geven. Zo kan bijvoorbeeld een theoretisch en praktisch kader rond project-gebaseerd onderwijs deel uitmaken van studieprogramma’s of bijscholingen voor leerkrachten. Het onderzoek toonde verder aan dat de motivatie van leerlingen verhoogde omdat ze tijdens het project via discussies met elkaar in interactie konden gaan. Het is daarom aan te raden dat de leeromgeving zodanig
georganiseerd wordt dat voldoende interactie tussen leerlingen mogelijk is. Het werken in groepjes wordt in dat opzicht sterk aangemoedigd. Daarnaast bleek uit deze scriptie dat de motivatie bij de leerlingen verhoogde wanneer de leerlingen voldoende verantwoordelijkheid kregen en zelfstandig konden werken. Voor de rol als leerkracht betekent dit om vooral te ondersteunen en te motiveren, eerder dan het geven van al te veel instructies. Niet alleen de motivatie maar ook de leerprestatie kan bevorderd worden via project-gebaseerd leren. Zo bleek uit de test Kennis + Toepassen dat de leerlingen nieuwe fysische inzichten verworven hadden via het project zonder dat ze de leerstof actief moesten memoriseren of instuderen. Project-gebaseerd onderwijs kan in dat geval dus een voordeel bieden om het leerproces te bevorderen bij de leerlingen. Tot slot zou het goed zijn als leerkrachten de leerlingen zelf inspraak geven in de keuze van het onderwerp bij het ontwikkelen van een nieuw project. Dit werd in deze scriptie niet gedaan. Het aanbieden van keuze zou namelijk de motivatie en de leerprestatie van de leerlingen mogelijks nog kunnen verhogen. In deze studie werd zeilen als onderwerp gekozen door de leerkracht, maar leerlingen kunnen ook zelf thema’s aanleveren waarin zij verdiepende wetenschappelijke kennis willen opdoen.
Beperkingen
Het onderzoek naar de effecten van het Zeilboot Design Project wees op gunstige effecten wat betreft project-gebaseerd onderwijs op het leren van wetenschappen, maar de conclusies kunnen niet zomaar veralgemeend worden omwille van een aantal beperkingen. Hierna worden er vier besproken.
Ten eerste was de studie een quasi-experimenteel onderzoek. De leerlingen werden niet random verdeeld over een experimentele en controlegroep waardoor men zuiver causaliteit niet kan aantonen. Ten tweede werd de validiteit en betrouwbaarheid van de cognitieve test (test Kennis + Toepassen) niet aangetoond. Ten derde werden in dit onderzoek enkel effecten op korte termijn onderzocht in één klas (n=30). Het is ook belangrijk om grootschaligere studies te doen die de lange termijn effecten van project-gebaseerd onderwijs in STEM nagaan. Ten vierde kunnen de antwoorden op de posttest mogelijks beïnvloed geweest zijn omdat de leerlingen die thuis hebben gemaakt in plaats van in de klas. De laatste les kon namelijk niet meer doorgaan op school omwille van de coronamaatregelen.
Conclusie
Het doel van deze masterproef was om de effecten te bestuderen van project-gebaseerd onderwijs op de leerprestatie en motivatie. Dit werd gedaan aan de hand van een case-studie tijdens de lessen STEM, namelijk het Zeilboot Design Project. Voor en na het project werden twee testen afgenomen: de SMTSL-vragenlijst die motivatie meet en een zelf opgestelde cognitieve test fysica rond kennis en toepassen. Uit de resultaten bleek dat na het vierweekse project de motivatie bij de leerlingen was toegenomen op de domeinen zelf-effectiviteit en stimulatie van de leeromgeving. Dit betekent dat project-gebaseerd onderwijs er mogelijks voor kan zorgen dat leerlingen meer geloven in hun eigen kunnen en dat een stimulerende leeromgeving hun motivatie verder verhoogt. Project-gebaseerd onderwijs biedt een stimulerende leeromgeving door een voldoende grote variatie in leermethodes aan te reiken en de leerlingen actief te betrekken in discussies door in interactie te gaan met hun medeleerlingen. Bovendien bleek dat de leerprestatie zowel op het vlak van kennis als toepassen toegenomen was. Echter, voorzichtigheid is geboden bij het interpreteren van de resultaten. De genoemde beperkingen zorgen ervoor dat causaliteit niet kan aangetoond worden. Verder onderzoek is nodig om de gevonden resultaten te bevestigen.
Literatuurlijst
Barber, M. (2000). A comparison of NEAB and Salters A-Level chemistry: students’ views and achievements. University of York, UK.
Baş, G. (2011). Investigating the effects of project-based learning on students’ academic achievement and attitudes towards English lesson. The Online Journal Of New Horizons In Education. Retrieved from www.tojned.net
Bennett, J., & Lubben, F. (2006). Context-based chemistry: The Salters approach. International Journal of Science Education, 28(9), 999–1015. https://doi.org/10.1080/09500690600702496 Bennett, J., Robinson, A., & Elbourne, D. (2003). A systematic review of the effects of context-based and Science-Technology-Society (STS) approaches in the teaching of secondary science. Retrieved from http://eppi.ioe.ac.uk/
Blumenfeld, P. C., Soloway, E., Marx, R. W., Krajcik, J. S., Guzdial, M., & Palincsar, A. (1991). Motivating Project-Based Learning: Sustaining the Doing, Supporting the Learning. Educational Psychologist, 26(3–4), 369–398. https://doi.org/10.1080/00461520.1991.9653139
Capraro, R. M., Capraro, M. M., & Morgan, J. R. (2013). STEM Project-Based Learning. An Integrated Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Approach (2nd Edition). De Graaff, E., & Kolmos, A. (2007). Management of Change Implementation of Problem-Based and Project-Based Learning in Engineering. Retrieved from http://www.sensepublishers.com De Loof, H., Boeve-De Pauw, J., & Van Petegem, P. (2019). Study 4: Engaging students with integrated STEM education: a happy marriage or a failed engagement? In Educating engaged and competent students for STEM (pp. 89–112).
Departement Onderwijs & Vorming. (n.d.). STEM-kader voor het Vlaamse onderwijs. Retrieved from https://onderwijs.vlaanderen.be/sites/default/files/atoms/files/STEM-kader.pdf
Departement Onderwijs & Vorming. (2019). STEM-monitor. Retrieved from https://onderwijs.vlaanderen.be/sites/default/files/atoms/files/STEM-monitor-2019.pdf
Doppelt, Y. (2003). Implementation and assessment of project-based learning in a flexible environment. International Journal of Technology and Design Education, 13(3), 255–272. https://doi.org/10.1023/A:1026125427344
Gijbels, D., Dochy, F., Van den Bossche, P., & Segers, M. (2005). Effects of Problem-Based Learning: A Meta-Analysis From the Angle of Assessment. Review of Educational Research, 75(1), 27–61. https://doi.org/10.3102/00346543075001027
Grant, M. M. (2002). Getting a grip on project-based learning: theory, cases and recommendations. Meridian: A Middel School Computer Technologies Journal, 5, 1-17.
Harlen, W. (2010). Principles and big ideas of science education. Association for Science Education. https://doi.org/978 0 86357 4 313
Hernandez-Ramos, P., & De La Paz, S. (2009). Learning history in middle school by designing multimedia in a project-based learning experience. Journal of Research on Technology in Education, 42(2), 151–173. https://doi.org/10.1080/15391523.2009.10782545
Knipprath, H., De Cock, M., Dehaene, W., & Petegem, P. Van. (n.d.). Didactiek voor geïntegreerd STEM-onderwijs: kenmerken en leerdoelstellingen. STEM at School. http://www.stematschool.be/images/visie_stem_school.pdf
Liu, M. (2003). Enhancing Learners’ Cognitive Skills Through Multimedia Design. Interactive Learning Environments, 11(1), 23–39. https://doi.org/10.1076/ilee.11.1.23.13686
Ramsden, J. M. (1997). How does a context-based approach influence understanding of key chemical ideas at 16+? International Journal of Science Education, 19(6), 697–710. https://doi.org/10.1080/0950069970190606
Schneider, R. M., Krajcik, J., Marx, R. W., & Soloway, E. (2002). Performance of students in project-based science classrooms on a national measure of science achievement. Journal of Research in Science Teaching, 39(5), 410–422. https://doi.org/10.1002/tea.10029
Stokking, K. (2016). Bouwstenen voor onderzoek in onderwijs en opleiding. Op: PlatformPraktijkontwikkeling.nl. WOSO: Utrecht
Tati, T., Firman, H., & Riandi, R. (2017). The Effect of STEM Learning through the Project of Designing Boat Model toward Student STEM Literacy. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 895). Institute of Physics Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/895/1/012157 Thomas, J. W. (2002). A review of research on project-based learning. Retrieved from http://www.bie.org/research/study/review_of_project_based_learning_2000
Tuan, H.-L. (2005). The development of a questionnaire to measure students’ motivation towards science learning. International Journal of Science Education. https://doi.org/10.1080/0950069042000323737
Tuan, H. L., Chin, C. C., Tsai, C. C., & Cheng, S. F. (2005, December). Investigating the effectiveness of inquiry instruction on the motivation of different learning styles students. International Journal of Science and Mathematics Education. Springer. https://doi.org/10.1007/s10763-004-6827-8
Van den Berghe, W., & De Martelaere, D. (2012). Kiezen voor STEM. Onderwijskiezer. https://www.onderwijskiezer.be/v2/download/Kiezen%20voor%20STEM.pdf
Veretenniscoff, I., & Vandewalle, J. (2015). De STEM-leerkracht. Retrieved from https://www.kvab.be/sites/default/rest/blobs/121/nw_mw_stemleerkracht.pdf
Wierstra, R. (1984). A Study on Classroom Environment and on Cognitive and Affective Outcomes of the PLON-Curriculum. Studies in Educational Evaluation, 10(3), 273–282.
Wierstra, R. F. A., & Wubbels, T. (1994). Student perception and appraisal of the learning environment: Core concepts in the evaluation of the plon physics curriculum. Studies in Educational Evaluation, 20(4), 437–455. https://doi.org/10.1016/0191-491X(94)00036-G Yager, R. E., & Weld, J. D. (1999). Scope, sequence and coordination: The iowa project, a national reform effort in the USA. International Journal of Science Education, 21(2), 169–194. https://doi.org/10.1080/095006999290778
De Loof, H. (2019). Study 3: Integrated STEM education: the effects of a long-term intervention on students’ cognitive performance. In Educating engaged and competent students for STEM (pp. 69–87).
Bijlagen
E. Output SPSS: SMTSL-vragenlijst
Paired Samples Statistics
Mean N Std. Deviation Std. Error Mean
Pair 1 ZE1PRE 3,6429 28 ,91142 ,17224 ZE1POST 3,8929 28 ,91649 ,17320 Pair 2 ZE2PRE 3,6786 28 ,77237 ,14596 ZE2POST 4,0000 28 ,98131 ,18545 Pair 3 ZE3PRE 3,7857 28 ,68622 ,12968 ZE3POST 4,0357 28 ,74447 ,14069 Pair 4 ZE4PRE 4,5000 26 ,76158 ,14936 ZE4POST 4,6923 26 ,47068 ,09231 Pair 5 ZE5PRE 3,9630 27 ,70610 ,13589 ZE5POST 4,1111 27 ,69798 ,13433 Pair 6 ZE6PRE 3,8929 28 ,78595 ,14853 ZE6POST 4,0357 28 ,69293 ,13095 Pair 7 ZE7PRE 4,5556 27 ,50637 ,09745 ZE7POST 4,4444 27 ,64051 ,12327 Pair 8 AL1PRE 4,2857 28 ,46004 ,08694 AL1POST 4,3214 28 ,81892 ,15476 Pair 9 AL2PRE 3,5000 28 ,88192 ,16667 AL2POST 3,7143 28 ,85449 ,16148 Pair 10 AL3PRE 3,8148 27 ,78628 ,15132 AL3POST 3,7778 27 ,57735 ,11111 Pair 11 AL4PRE 3,6296 27 ,96668 ,18604 AL4POST 3,5926 27 ,84395 ,16242 Pair 12 AL5PRE 3,4286 28 ,74180 ,14019 AL5POST 3,7500 28 ,75154 ,14203 Pair 13 AL6PRE 4,2143 28 ,68622 ,12968 AL6POST 3,9643 28 ,74447 ,14069 Pair 14 AL7PRE 3,8929 28 ,83174 ,15718 AL7POST 5,3571 28 7,60708 1,43760 Pair 15 AL8PRE 3,8571 28 ,70523 ,13328 AL8POST 3,8214 28 ,72283 ,13660 Pair 16 LO1PRE 3,1481 27 ,90739 ,17463 LO1POST 3,3333 27 1,03775 ,19971 Pair 17 LO2PRE 3,3214 28 ,90487 ,17100 LO2POST 3,7143 28 ,76290 ,14417
Pair 18 LO3PRE 3,0741 27 1,07152 ,20621 LO3POST 3,1481 27 1,09908 ,21152 Pair 19 LO4PRE 3,2593 27 ,81300 ,15646 LO4POST 3,4815 27 ,80242 ,15443 Pair 20 LO5PRE 3,2500 28 ,92796 ,17537 LO5POST 3,3571 28 1,06160 ,20062 Pair 21 LO6PRE 2,9286 28 ,76636 ,14483 LO6POST 3,3929 28 ,99403 ,18785 Pair 22 ZE_PRE_TOTAL 27,5357 28 3,42628 ,64751 ZE_POST_TOTAL 29,0714 28 2,87941 ,54416 Pair 23 AL_PRE_TOTAL 30,3571 28 3,39077 ,64080 AL_POST_TOTAL 32,2857 28 7,73571 1,46191 Pair 24 LO_PRE_TOTAL 18,8929 28 3,07124 ,58041 LO_POST_TOTAL 20,2143 28 3,58347 ,67721 Pair 25 PRE_TOTAL 76,7857 28 7,88978 1,49103 POST_TOTAL 81,5714 28 9,49631 1,79463
Paired Samples Test
Paired Differences t df Sig. (2-tailed) Mean Std. Deviation Std. Error Mean 95% Confidence Interval of the Difference Lower Upper Pair 1 ZE1PRE - ZE1POST -,25000 ,96705 ,18276 -,62498 ,12498 -1,368 27 ,183 Pair 2 ZE2PRE - ZE2POST -,32143 ,77237 ,14596 -,62092 -,02193 -2,202 27 ,036 Pair 3 ZE3PRE - ZE3POST -,25000 ,58531 ,11061 -,47696 -,02304 -2,260 27 ,032 Pair 4 ZE4PRE - ZE4POST -,19231 ,69393 ,13609 -,47259 ,08798 -1,413 25 ,170 Pair 5 ZE5PRE - ZE5POST -,14815 ,76980 ,14815 -,45267 ,15637 -1,000 26 ,327 Pair 6 ZE6PRE - ZE6POST -,14286 ,75593 ,14286 -,43598 ,15026 -1,000 27 ,326 Pair 7 ZE7PRE - ZE7POST ,11111 ,69798 ,13433 -,16500 ,38722 ,827 26 ,416 Pair 8 AL1PRE - AL1POST -,03571 ,96156 ,18172 -,40857 ,33714 -,197 27 ,846Pair 9 AL2PRE - AL2POST -,21429 ,78680 ,14869 -,51937 ,09080 -1,441 27 ,161 Pair 10 AL3PRE - AL3POST ,03704 ,75862 ,14600 -,26306 ,33714 ,254 26 ,802 Pair 11 AL4PRE - AL4POST ,03704 1,05544 ,20312 -,38048 ,45456 ,182 26 ,857 Pair 12 AL5PRE - AL5POST -,32143 ,86297 ,16309 -,65605 ,01319 -1,971 27 ,059 Pair 13 AL6PRE - AL6POST ,25000 ,79931 ,15105 -,05994 ,55994 1,655 27 ,109 Pair 14 AL7PRE - AL7POST -1,46429 7,61325 1,43877 -4,41640 1,48783 -1,018 27 ,318 Pair 15 AL8PRE - AL8POST ,03571 ,79266 ,14980 -,27165 ,34308 ,238 27 ,813 Pair 16 LO1PRE - LO1POST -,18519 1,07550 ,20698 -,61064 ,24027 -,895 26 ,379 Pair 17 LO2PRE - LO2POST -,39286 ,99403 ,18785 -,77830 -,00741 -2,091 27 ,046 Pair 18 LO3PRE - LO3POST -,07407 1,03500 ,19919 -,48351 ,33536 -,372 26 ,713 Pair 19 LO4PRE - LO4POST -,22222 ,69798 ,13433 -,49833 ,05389 -1,654 26 ,110 Pair 20 LO5PRE - LO5POST -,10714 1,25725 ,23760 -,59466 ,38037 -,451 27 ,656 Pair 21 LO6PRE - LO6POST -,46429 1,13797 ,21506 -,90554 -,02303 -2,159 27 ,040 Pair 22 ZE_PRE_TOTAL - ZE_POST_TOTAL -1,53571 2,41112 ,45566 -2,47065 -,60078 -3,370 27 ,002 Pair 23 AL_PRE_TOTAL - AL_POST_TOTAL -1,92857 7,07593 1,33723 -4,67233 ,81519 -1,442 27 ,161 Pair 24 LO_PRE_TOTAL - LO_POST_TOTAL -1,32143 3,10380 ,58656 -2,52496 -,11790 -2,253 27 ,033 Pair 25 PRE_TOTAL - POST_TOTAL -4,78571 7,68528 1,45238 -7,76575 -1,80567 -3,295 27 ,003
F. Output SPSS: Test Kennis + Toepassen
Paired Samples Statistics
Pair 1 FYS_KEN_1_PRE ,7917 30 ,37187 ,06789 FYS_KEN_1_POST ,9667 30 ,10854 ,01982 Pair 2 FYS_KEN_2_PRE ,7500 30 ,28618 ,05225 FYS_KEN_2_POST ,8167 30 ,33434 ,06104 Pair 3 FYS_TOE_1_PRE ,9500 30 ,20129 ,03675 FYS_TOE_1_POST ,9333 30 ,25371 ,04632 Pair 4 FYS_TOE_2_PRE ,2833 30 ,44882 ,08194 FYS_TOE_2_POST ,6167 30 ,46763 ,08538 Pair 5 FYS_TOE_3_PRE ,8000 30 ,38507 ,07030 FYS_TOE_3_POST ,8667 30 ,34575 ,06312 Pair 6 FYS_TOE_4_PRE ,0333 30 ,18257 ,03333 FYS_TOE_4_POST ,3833 30 ,42918 ,07836 Pair 7 FYS_TOE_5_PRE ,6333 30 ,49013 ,08949 FYS_TOE_5_POST ,4500 30 ,49741 ,09081 Pair 8 FYS_KEN_TOT_PRE ,7708 30 ,22763 ,04156 FYS_KEN_TOT_POST ,8917 30 ,16652 ,03040 Pair 9 FYS_TOE_TOT_PRE ,5400 30 ,18681 ,03411 FYS_TOE_TOT_POST ,6500 30 ,19783 ,03612
Paired Samples Test
Paired Differences t df Sig. (2-tailed) Mean Std. Deviation Std. Error Mean 95% Confidence Interval of the Difference Lower Upper Pair 1 FYS_KEN_1_PRE - FYS_KEN_1_POST -,17500 ,37801 ,06901 -,31615 -,03385 -2,536 29 ,017 Pair 2 FYS_KEN_2_PRE - FYS_KEN_2_POST -,06667 ,40965 ,07479 -,21963 ,08630 -,891 29 ,380 Pair 3 FYS_TOE_1_PRE - FYS_TOE_1_POST ,01667 ,20692 ,03778 -,06060 ,09393 ,441 29 ,662 Pair 4 FYS_TOE_2_PRE - FYS_TOE_2_POST -,33333 ,51417 ,09387 -,52533 -,14134 -3,551 29 ,001 Pair 5 FYS_TOE_3_PRE - FYS_TOE_3_POST -,06667 ,50401 ,09202 -,25487 ,12153 -,724 29 ,475 Pair 6 FYS_TOE_4_PRE - FYS_TOE_4_POST -,35000 ,49393 ,09018 -,53444 -,16556 -3,881 29 ,001 Pair 7 FYS_TOE_5_PRE - FYS_TOE_5_POST ,18333 ,62261 ,11367 -,04915 ,41582 1,613 29 ,118Pair 8 FYS_KEN_TOT_PRE - FYS_KEN_TOT_POST -,12083 ,26766 ,04887 -,22078 -,02089 -2,473 29 ,020 Pair 9 FYS_TOE_TOT_PRE - FYS_TOE_TOT_POST -,11000 ,19538 ,03567 -,18296 -,03704 -3,084 29 ,004
