Wetenschap en technologie in groep 3
Lieke Roos
Studentnummer: 10318275 Begeleider: N. Ruijs
Module: ULP G (Bachelorscriptie)
Studie: Universitaire Pabo van Amsterdam, Jaar 4 Aantal woorden: 8.521
Inhoudsopgave
1. Introductie p. 2
2. Theoretisch kader p. 3
2.1 Wetenschap en technologie in de praktijk p. 3
2.2 Onderzoekend leren op niveaus p. 6
2.3 Leren in groep 3 p. 11
2.4 De probleemstelling van Stichting Sirius p. 13
3. Methode p. 14 3.1 Deelnemers p. 14 3.2 Materiaal p. 15 3.3 Procedure p. 16 3.4 Analyse p. 17 4. Resultaten p. 17 5. Discussie p. 20 6. Literatuurlijst p. 24 Bijlagen
Bijlage 1: Vaardigheden Lijst Onderzoeken en Ontwerpen Bijlage 2: Handelingswijzer magneten
Bijlage 3: Handelingswijzer stuiteren
Abstract
Wetenschap en technologie neemt een steeds grotere plek in de samenleving. Dit onderwerp krijgt daardoor ook een grotere plek in het onderwijscurriculum. Stichting Sirius is hiervoor gestart met leerkrachttrainingen. De vraag was echter waar de trainingen zich op moesten richten, vandaar de onderzoeksvraag: “Draagt open of gestructureerd onderzoekend
leren het meeste bij om leerlingen in groep 3 van Stichting Sirius de stappen uit de onderzoekscyclus uit te laten voeren?” 16 leerlingen van vier Siriusscholen kregen een open
en een gestructureerd les. De leerlingen scoorden in hun eerste les significant hoger (p = 0.49) in de gestructureerde conditie dan in de open conditie. Aan Sirius wordt daarom geadviseerd de leerkrachten in eerste instantie te trainen in de gestructureerde vorm.
1. Introductie
Wetenschap en technologie speelt een steeds grotere rol binnen de Nederlandse samenleving (Verkenningscommissie Wetenschap en Techniek Primair Onderwijs, 2013). Bijna elke Nederlander is in het bezit van een smartphone en ons leven wordt elke dag een stukje meer geautomatiseerd. Voor de toekomst wordt er verwacht dat de rol van wetenschap en technologie alleen maar groeit (Verkenningscommissie Wetenschap en Techniek Primair Onderwijs, 2013). Om deze trend voort te kunnen zetten, is het van belang dat er voldoende technologisch geschoolde mensen zijn.
De overheid heeft daarom samen met het bedrijfsleven en universiteiten een techniekpact (2012) gesloten. In dit pact worden drie actielijnen genoemd om het dreigende tekort aan technisch geschoolde mensen tegen te gaan. (1) Kiezen voor wetenschap en technologie: bieden van wetenschap en technologieonderwijs om leerlingen kennis te laten maken met en geïnteresseerd te laten raken in wetenschap en technologie. (2) Leren voor wetenschap en technologie: versterken van het beroepsonderwijs in wetenschap en technologie. (3) Werken in wetenschap en technologie: werknemers winnen en behouden in de sector. Deze maatregel begint dus bij het enthousiasmeren van leerlingen in het basisonderwijs, zodat zij uiteindelijk zullen kiezen voor de wetenschap en technologiesector.
Ten opzichte van andere landen besteedt het Nederlandse basisonderwijs nog maar weinig aandacht aan wetenschap en technologie (Verkenningscommissie Wetenschap en Techniek Primair Onderwijs, 2013). Onderzoek heeft echter aangetoond dat om het natuurlijke enthousiasme van leerlingen voor wetenschap en technologie te behouden, zij voor hun zevende levensjaar een positieve ervaring met wetenschap en technologie moeten hebben gehad (Verkenningscommissie Wetenschap en Techniek Primair Onderwijs, 2013). In de uitwerking van het techniekpact (2012) is daarom één van de doelen dat alle Nederlandse basisscholen in 2020 structureel onderwijs moeten bieden in wetenschap en technologie.
Schoolbestuur Stichting Sirius in Amsterdam-Zuidoost heeft deze doelstelling opgenomen in het meerjarenbeleidsplan (Sirius, 2015). Het schoolbestuur heeft voor zichzelf als doel gesteld dat in 2018 wetenschap en technologie een plek heeft in het onderwijs op alle Siriusscholen. Hiervoor wil Sirius dat alle scholen in 2017 gestart zijn met scholing van de leerkrachten in de didactiek van wetenschap en technologie en dat de leerkrachten de bijbehorende attitude ontwikkelen. Om deze doelstellingen te behalen is het voor Sirius van belang om te weten op welke manier zij wetenschap en technologie het beste vorm kunnen geven binnen hun scholen. In dit onderzoek zal daarom gekeken worden naar de meest geschikte implementatievorm van wetenschap en technologie voor de Siriusscholen.
De implementatievorm moet hierbij aansluiten bij de didactiek van Onderzoekend en Ontwerpend Leren (Van Graft & Kemmers, 2007). Binnen deze didactiek wordt gebruik gemaakt van een onderzoekscyclus. Deze cyclus bevat zeven verschillende stappen die doorlopen worden bij het uitvoeren van een onderzoek. Het doel van dit onderzoek is om een vorm te vinden waarbij de leerlingen deze stappen het meeste toepassen. De twee vormen die in dit onderzoek worden onderzocht zijn open en gestructureerd onderzoekend leren (Banchi & Bell, 2008). Deze vormen onderscheiden zich in niveau. Bij de open vorm is het onderzoek helemaal vrij en krijgen de leerlingen de ruimte om naar eigen inzicht de cyclus te doorlopen. Bij de gestructureerde vorm zijn bepaalde aspecten binnen het onderzoek al vastgelegd, die de leerlingen vervolgens uitvoeren bij het doorlopen van de onderzoekscyclus. Bovenstaande concepten zullen in het theoretisch kader verder worden toegelicht.
Momenteel vindt er al scholing plaats van de onderbouwleerkrachten. Hierdoor zullen de leerlingen uit groep 1 en 2 als eerste in aanraking komen met wetenschap en technologieonderwijs. Om deze leerlingen in het opvolgende schooljaar ook wetenschap en technologieonderwijs te blijven bieden, zal dit onderzoek zich richten op leerlingen in groep 3. Daarvoor wordt gekeken welke vorm van wetenschap en technologieonderwijs aansluit bij de leerstijl van de derde groepers. Om precies te zijn zal worden onderzocht of de leerlingen uit groep 3 van Stichting Sirius de stappen uit de onderzoekscyclus het meeste uitvoeren bij open of gestructureerd onderzoekend.
2. Theoretisch kader
In het theoretisch kader zullen de verschillende concepten uit de onderzoeksvraag vanuit de literatuur worden beschreven. Ten eerste zal er kort worden ingegaan op het vak wetenschap en technologie in het basisonderwijs. Hierbij wordt de onderzoekscyclus nader toegelicht. Vervolgens wordt er ingezoomd op de te onderscheiden vormen binnen
wetenschap en technologieonderwijs. In deze paragraaf wordt vanuit de literatuur gekeken naar de voor- en nadelen van open en gestructureerd onderzoekend leren. Vervolgens wordt beschreven hoe leerlingen in groep 3 leren en hoe dit in verhouding staat met het wetenschap en technologieonderwijs. Ten slotte wordt de probleemstelling en de context van Stichting Sirius besproken.
2.1 Wetenschap en technologie in de praktijk
Wetenschap en technologie is in de eerste plaats een andere manier van kijken naar de wereld (Verkenningscommissie Wetenschap en Techniek Primair Onderwijs, 2013).
Leerlingen leren om via onderzoek de wereld op een andere manier te benaderen. Daarbij leren leerlingen ook om problemen te herkennen en oplossingen te bedenken. Het gaat hierbij niet alleen om kennisverwerving, maar ook om het ontwikkelen van onderzoekvaardigheden en een kritische, onderzoekende houding. Wetenschap en technologie is daarom niet zo zeer een apart vak, maar meer vakoverstijgend. Vanuit wetenschap en technologie kunnen doelen van verschillende vakken bereikt worden.
Bij wetenschap en technologie nemen de leerlingen deel aan verschillende onderdelen van het onderzoeksproces (Zimmerman, 2007), zoals het ontwerpen van experimenten, het verzamelen van bewijs en het trekken van conclusies. Deze activiteiten vereisen cognitieve en meta-cognitieve vaardigheden. Dit zijn vaardigheden die ontwikkeld en geconsolideerd worden door veel te doen en te oefenen (Zimmerman, 2007). Een veel aangeboden didactiek op de lerarenopleiding binnen wetenschap en technologie om deze vaardigheden te onderwijzen is de didactiek van Onderzoekend en Ontwerpend Leren (OOL) van Van Graft en Kemmers (2007; Velthorst, Oosterheert & Brouwer, 2011). Deze didactiek heeft “als doel
om kinderen competenties te laten ontwikkelen die samenhangen met de (natuur‐) wetenschappelijke manier van werken of te werken als ontwerper.” (Van Graft & Kemmers,
2007, p.13). Door middel van activerende werkvormen verwerven leerlingen de kennis, vaardigheden en attitude die tot wetenschap en technologie behoren. Bij onderzoekend leren gaat het specifiek om het vinden van een antwoord op een vraag. Bij ontwerpend leren gaat het meer om het maken van een product als oplossing voor een probleem.
Er kunnen drie hoofdprocessen worden onderscheiden bij onderzoekend leren: het opstellen van een hypothese, het opzetten van een experiment en het evalueren van het bewijs (Zimmerman, 2007). De didactiek van OOL heeft deze hoofdprocessen geplaatst in een onderzoeks- en een ontwerpcyclus, zie figuur 1 (Van Graft & Kemmers, 2007). In beide cycli worden zeven fasen onderscheiden. Bij elke fase voeren de leerlingen weer anderen activiteiten uit. De laatste fase leidt vaak tot een nieuwe vraag of een nieuw probleem, waardoor de cyclus opnieuw kan worden doorlopen. De volgorde van deze fasen ligt echter niet vast, waardoor de cyclus op elk moment opnieuw doorlopen kan worden.
De onderzoekscyclus bestaat uit de fasen confrontatie, verkennen, experiment opzetten, experiment uitvoeren, concluderen, communiceren en verdiepen. De ontwerpcyclus komt voor een deel overeen met de onderzoekscyclus, deze cyclus bestaat uit de fasen probleem, verkennen, ontwerp voorstel, maken, testen en bijstellen, communiceren en verdiepen.
Figuur 1. Cycli van onderzoekend en ontwerpend leren.
In dit onderzoek ligt de nadruk op het onderzoekend leren. Daarom zullen de fasen van de onderzoekscyclus (Van Graft & Kemmers, 2007) nader worden toegelicht. Tijdens de eerste fase, confrontatie, worden de leerlingen geconfronteerd met een (nieuw) verschijnsel of object dat hun nieuwsgierigheid zal wekken. In de verkenningsfase die daar op volgt, wordt het verschijnsel of object zo breed mogelijk verkend door middel van vrije exploratie. In het basisonderwijs wordt dit ook wel aanrommelen genoemd. Tijdens deze tweede fasen zullen er verschillende vragen bij de leerlingen opkomen. Dit wordt gevolgd door de derde fase waarin een experiment wordt opgezet. Er wordt een onderzoeksvraag gekozen en bedacht hoe dit onderzocht kan worden. De vierde fase bestaat uit het uitvoeren van het experiment. Hierbij worden waarnemingen vastgelegd, die leiden tot de resultaten. In de vijfde fase wordt er een conclusie getrokken op basis van deze resultaten. Op dit moment is het mogelijk dat er nieuwe vragen ontstaan, waardoor de onderzoekscyclus opnieuw vanaf de eerste fase wordt doorlopen. Wanneer er een oplossing of antwoord wordt gevonden, wordt er doorgegaan naar de zesde fase. In deze fase wordt het onderzoek met de bijbehorende resultaten en conclusies verwerkt in een presentatie voor de groep of klas. Op deze manier vindt er een kennisoverdracht plaats naar de andere klasgenoten. Het onderzoek wordt afgesloten met verdieping en verbreding in de zevende fase. Indien er nog belangrijke elementen niet naar voren zijn gekomen tijdens het onderzoek, vult de leerkracht in deze fase de kennis van de leerlingen aan.
Het gebruik van de onderzoekscyclus heeft verschillende voordelen. Het stappenplan is een leidraad die wetenschappelijke onderzoekers gebruiken (Van Graft & Kemmers, 2007). Dit stappenplan biedt voor ‘beginnende’ onderzoekers, in dit geval de basisschoolleerlingen, duidelijkheid en houvast. Het geeft de leerlingen richtlijnen bij het doorlopen van hun
onderzoek. Het werken met de cyclus zorgt er voor dat de leerlingen systematisch kunnen werken (Van Keulen & Sol, 2012). De leerlingen weten dankzij dit stappenplan welke aspecten op welk moment aandacht moeten krijgen. Daarnaast sluit het gebruik van de cyclus aan bij het doel van OOL, om de leerlingen tot nieuwsgierige en kritische onderzoekers te ontwikkelen (De Vaan & Marell, 2006). Aan de andere kant biedt het gebruik van dit stappenplan ook voordelen vanuit het didactisch perspectief (De Vaan & Marell, 2006). Zo is de onderzoekscyclus een hulpmiddel voor de leerkracht om een wetenschappelijke houding bij de leerlingen te ontwikkelen. Door deze cyclus goed te doorlopen, wordt er dus aan de verschillende doelen van OOL gewerkt. Ten slotte zorgt het gebruik van de onderzoekscyclus er voor dat de leerlingen kennis en vaardigheden binnen wetenschap en technologie ontwikkelen, die zij in het dagelijks leven ook kunnen toepassen (Van Keulen & Sol, 2012).
2.2 Onderzoekend leren op niveaus
De onderzoekscyclus kan op verschillende moeilijkheidsniveaus doorlopen worden. Banchi en Bell (2008) onderscheiden hierin vier verschillende vormen van onderzoek. Deze vormen zijn geplaatst op een continuüm, waarbij er verschil is in de mate van sturing en begeleiding die de kinderen krijgen. In dit continuüm is er sprake van een oplopend moeilijkheidsgraad. Op het laagste niveau, confirmation inquiry, passen de leerlingen een stappenplan toe, waarbij de uitkomst van te voren al bekend is bij de leerlingen. Op het volgende niveau, structured inquiry, krijgen de leerlingen nog steeds de vraag en methode van de leerkracht aangereikt. De leerlingen moeten echter met behulp van de verzamelde gegevens zelf een verklaring voor het verschijnsel geven. Het derde niveau, guided inquiry, stelt de leerlingen in staat om zelf de methode van hun onderzoek te bedenken. Hierbij heeft de leerkracht van te voren de onderzoeksvraag geformuleerd. Op het hoogste niveau, open
inquiry, moeten de leerlingen het onderzoek geheel zelfstandig ontwerpen en uitvoeren. Dit
betekent dat de leerlingen vanaf de start van het onderzoek zelf alles doen, inclusief het bedenken van de onderzoeksvraag. De niveaus lopen tevens op in de mate waarin er een beroep wordt gedaan op het cognitieve vermogen, waarbij de open onderzoekvorm het meeste vraagt van het cognitieve vermogen (Bell, Smetana & Binns, 2005). In dit onderzoek worden de vormen structured inquiry –gestructureerd– en open inquiry –open– met elkaar vergeleken. Voor deze twee vormen is gekozen, omdat deze bij aanvang van het onderzoek al toegepast werden in de verschillende kleuterlabs van Stichting Sirius.
In de wetenschap vindt er een discussie plaats over welke vorm het beste gebruikt kan worden in het basisonderwijs. Er is dan wel consensus over wat er geleerd moet worden, maar
niet hoe de leerlingen dit het beste kunnen leren (Minner, Levy & Century, 2009). Volgens Van Oers (2005, in: Van Graft & Kemmers, 2007) wordt het onderzoeks- en ontwerpproces van onderzoekend en ontwerpend leren als ‘spel’ gebruikt. Spelenderwijs gedragen de leerlingen zich als nieuwsgierige, kritische en creatieve onderzoekers of ontwerpers. Deze beschrijving geeft het spelelement een belangrijke plaats binnen wetenschap en technologie. Onderzoekend en ontwerpend leren is vanuit deze definitie van oorsprong meer gericht op open exploratie, waar de kinderen spelenderwijs de kans krijgen om vrij te bewegen met de materialen en verschijnselen om hen heen (Banchi & Bell, 2008). Tevens zegt Hodson (2014) dat enkel open onderzoekend leren alle criteria bevat die behoren tot doen van onderzoek binnen wetenschap en technologie. Als argument tegen gestructureerd onderzoekend leren, wordt aangehaald dat bij deze vorm leerlingen op zoek gaan naar ‘het juiste antwoord’ (Van Keulen & Sol, 2012). Terwijl het bij onderzoekend leren niet om één goed antwoord gaat. Echter, wanneer er sprake is van een open onderzoek waarbij de leerlingen gebruik maken van hun vraag en hun methode, zullen zij meer op zoek gaan naar hun eigen antwoord.
Om kinderen een open onderzoek te laten doen, moeten zij echter bekend zijn met het onderzoeksproces (Bell et al., 2005). Wanneer leerlingen nog niet in staat zijn tot een goed open onderzoek, zal deze vorm ineffectief werken (Velthorst et al., 2011). Er is in dit geval te weinig basis voor de leerlingen om hun kennis op voort te bouwen. Leerlingen weten in deze lessituaties dan vaak niet waar zij naar op zoek zijn, waardoor de te leren stof hen kan ontgaan (Mayer, 2004). Wanneer de leerkracht dingen open laat voor het onderzoek, laat de leerkracht ook de kans open om dingen niet te ontdekken (Hodson, 2014). Leerlingen moeten daarom niet meteen beginnen bij het hoogste niveau (open onderzoek), maar de niveaus langzaamaan opbouwen in moeilijkheidsgraad (Bell et al., 2005). In dat geval komt het gestructureerde onderzoek goed van pas. Gestructureerd onderzoek biedt de leerlingen de kans om kennis te maken met het onderzoeksproces. De leerkracht kan door het zorgvuldig uitkiezen van de materialen structuur aanbrengen aan het onderzoek (Velthorst et al., 2011). Vervolgens kan de leerkracht de mate van vrijheidsgraden steeds aanpassen aan de behoeften van de leerlingen. Dit kan door ruimte te bieden binnen de vooropgezette structuur. Tegelijkertijd geeft het de leerlingen echter weinig kans om vrij te experimenteren, zodat het spelelement verkleind wordt (Van Graft & Kemmers, 2007).
Kirschner, Sweller en Clark (2006) zijn kritisch op de open onderzoekvorm. Onderzoekend leren zien zij als een instructievorm met minimale begeleiding. In hun artikel betogen de onderzoekers dat minimale begeleiding bij instructie niet goed werkt. Zij stellen dat instructie zonder begeleiding een te groot beroep doet op het werkgeheugen, waardoor de
leerstof niet in het lange termijn geheugen van de leerlingen komt. De leerlingen moeten zich volgens de onderzoekers te veel focussen op het eigen maken van het proces, waardoor de leerlingen geen inhoudelijke kennis verwerven. In het artikel wordt ook benoemd dat onbegeleid leren kan leiden tot een valse start, waarin de kans op het ontstaan van misconcepten wordt vergroot.
Dit betogend artikel is het beginpunt geweest van een wetenschappelijke discussie. Er kwamen verschillende reacties waarin beschreven werd dat de auteurs fout zaten met de conclusie van hun onderzoek. In een van de reacties werd beweerd dat onderzoekend leren juist een vorm van ‘scaffolding’ is (Hmelo-Silver, Duncan & Chinn, 2007). ‘Scaffolding’ komt voort vanuit Vygotski’s theorie van de zone van naaste ontwikkeling (Peters, 2008). Dit zijn maatregelen die de uitvoering van een taak ondersteunen. Hierdoor kan het kind op een hoger niveau dan zijn eigen kunnen werken, oftewel in de zone van naaste ontwikkeling. ‘Scaffolding’ binnen onderzoekend leren biedt de mogelijkheid tot diep en betekenisvol leren (Hmelo-Silver et al., 2007). Dit zorgt voor meer betrokkenheid van de leerlingen, waardoor zij hun kennis construeren. Sweller, Kirschner en Clark (2007) reageerden hierop door te schrijven dat er voor leren meer nodig is dan alleen scaffolding. Leerkrachten moeten informatie geven aan de leerlingen, zodat er een connectie kan worden gemaakt met het lange termijngeheugen.
In andere onderzoeken wordt ‘scaffolding’ bij onderzoekend leren ook aangehaald, echter in een andere context. ‘Scaffolding’ bij onderzoekend leren zou nodig zijn om de leerlingen naar een hoger niveau te kunnen brengen (Bell et al., 2005). Leerlingen moeten niet meteen onderzoekend leren op het hoogste niveau, maar het is ook van belang dat de leerlingen niet te lang op een (te) laag niveau blijven steken. ‘Scaffolding’ helpt hierbij de leerlingen tijdig naar een volgend niveau te brengen. Uit een meta-analyse is naar voren gekomen dat de mogelijkheid tot ‘scaffolding’ één van de aspecten is waar leerlingen van profiteren tijdens het onderzoekend leren (Alfieri, Brooks, Aldrich & Tenenbaum, 2011). Alfieri et al. bestudeerden 164 studies om de effecten van onbegeleide instructie versus expliciete instructie in beeld te brengen. Zij concludeerden dat leerlingen geen baat hebben bij een onbegeleide instructie, oftewel open onderzoek. Echter hebben leerlingen wel baat bij lessituaties waarin gebruik wordt gemaakt van feedback, het geven van concrete voorbeelden, het uitlokken van verklaringen en het mogelijk maken van ‘scaffolding’. Aspecten die volgens hen meer naar voren komen bij gestructureerd onderzoek. In de literatuur wordt het argument van ‘scaffolding’ dus zowel voor open als voor gestructureerd onderzoekend leren gebruikt.
Een andere reactie op het artikel van Kirschner et al. (2006) benadrukte dat er binnen hun onderzoek nauwelijks aandacht is voor wat er geleerd moet worden (Kuhn, 2007). Kuhn betoogt dat het instructionele doel bepaald welke vorm van instructie het best toegepast kan worden. Hoe leerkrachten instructie moeten geven is afhankelijk van de bredere context; het instructionele doel. Hierbij staat een open of gestructureerde instructie niet bij voorbaat voor de ander. Er moet aandacht besteed worden aan de context waarin welke instructievorm het beste werkt (Hmelo-Silver et al., 2007). Hierover is binnen de wetenschap nog weinig empirisch bewijs.
Een aansluiting hierop is het betogend artikel van Hodson (2014). Hudson zegt dat er vier verschillende leerdoelen zijn binnen wetenschap en technologie: leren onderzoeken, leren over onderzoek, onderzoek doen en ‘addressing socio-scientific issues (SSI’s)’. Elk type leerdoel vereist een andere methode van de leerkracht. Wanneer het doel is dat de leerlingen een onderzoek doen, waar deze studie op gericht is, moet de leerling volgens Hodson, alle stappen zelf uitvoeren. Daarnaast betoogt Hodson ook dat een open vorm van onderzoek de juiste ervaringen creëert. De leerlingen zijn meer betrokken bij het uitvoeren van het onderzoek, waardoor zij beter leren. Waar andere onderzoekers schrijven dat de leerlingen dan niet de juiste vaardigheden ontwikkelen, zegt Hodson dat dit juist wel het geval is. De leerlingen ontwikkelen hun vaardigheden door te doen. Dit gebeurt wanneer zij alle verantwoordelijkheid krijgen voor hun onderzoek. Daarbij wordt wel gebruik gemaakt van leerkrachtvoorbeelden en oefenen in groepjes, oftewel peer-feedback.
Er zijn verschillende experimentele studies uitgevoerd waarbij open instructie en gestructureerde instructie met elkaar zijn vergeleken. Furtak, Seidel, Iverson en Briggs (2012) voerden een meta-analyse uit van 37 experimentele en quasi-experimentele studies met onderzoekend leren tussen 1996 en 2006. Hierbij werd gekeken naar het effect van de instructievormen op de cognitieve dimensie en de begeleidende dimensie. Furtak et al. (2012) concluderen dat de open instructievorm een positief effect heeft op de cognitieve dimensie. Leerlingen leren meer wanneer zij in alle aspecten van het onderzoek actief betrokken zijn, dus ook het bedenken van de onderzoeksvraag en ontwerpen van het experiment. Oftewel een open onderzoek. Dit effect werd vergroot wanneer de rol van de leerkracht, de begeleidende dimensie, toenam. De begeleidende rol van de leerkracht houdt in dat de leerkracht de leerlingen op het juiste spoor brengt, wanneer de leerlingen deze kwijt raken. Dit betekent niet dat de leerkracht de leerlingen vertelt wat zij precies moeten doen door middel van een instructie, zoals bij gestructureerd onderzoekend leren. Studies waarbij de leerkracht een
begeleidende rol speelde hadden een groter effect dan de studies waarbij het onderzoek geheel gestuurd werd door de leerlingen.
Een ander onderzoek in het voordeel van een meer open onderzoekvorm is van Bunterm et al. (2014). In deze Thaise studie werden 239 leerlingen van drie verschillende scholen onderzocht. Deze leerlingen zaten in Grade 7 (Mleeftijd = 13.56) en Grade 10 (Mleeftijd = 15.45). Er werd gebruik gemaakt van twee verschillende condities: gestructureerd en begeleid. Bij de leerlingen werd een pretest afgenomen, waarna zij een reeks onderzoekende lessen kregen in één van de twee condities. Na afloop van deze reeks werd er een posttest afgenomen. Uit de resultaten bleek dat de leerlingen meer hadden geleerd tijdens het begeleide onderzoek, dan tijdens het gestructureerde onderzoek. Bij een meer open vorm, scoorden de leerlingen hoger op wetenschappelijke kennis en procesvaardigheden. De onderzoekers veronderstelden dat de leerlingen bij de gestructureerde vorm te gefocust waren op het volgen van het stappenplan, waardoor zij onvoldoende tot leren kwamen.
Deze conclusies zijn in tegenstrijd met het onderzoek van Klahr en Nigam (2004) waarin tevens een vergelijking werd gemaakt tussen gestructureerd en open onderzoekend leren. Het onderzoek bestond uit drie fasen: een exploratieve fase, een uitvoerende fase en een evaluerende fase. De deelnemende kinderen waren tussen de acht en tien jaar oud. Zij werden verdeeld over twee groepen: gestructureerde instructie of open instructie. Tijdens de exploratieve fase kregen beide groepen dezelfde materialen aangereikt. De groep met de gestructureerde instructie kregen echter verschillende voorbeelden van exploratie voorgelegd door een begeleider. De groep met de open instructie ging direct zelfstandig exploreren. Bij beide instructievormen waren de leerlingen actief betrokken. In de tweede fasen moesten beide groepen zelfstandig een kleine onderzoekopdracht uitvoeren met de materialen uit de eerste fase. Ten slotte werd aan de hand van een onderzoekposter geëvalueerd wat de leerlingen hadden geleerd over de verschillende onderzoeksfases. Klahr en Nigam concludeerden aan de hand van de resultaten dat de leerlingen met de gestructureerde instructie het meeste hadden geleerd over het doen van onderzoek.
Daartegenover staan de experimentele studies waaruit werd geconcludeerd dat er geen verschil in leeropbrengst is tussen gestructureerd en open onderzoekend leren. Zo ook in het masteronderzoek van Fijn (2014). In Science Centre NEMO te Amsterdam namen 45 kinderen tussen de zeven en twaalf jaar deel aan haar onderzoek. Met behulp van een voor- en nameting aan de hand van een interview en beeldtekeningen werd gekeken of de leerlingen meer hadden geleerd tijdens de gestructureerde of de open opdracht. Bij de gestructureerde opdracht kregen de kinderen vooraf een instructie van de testleider. De kinderen met de open
opdracht gingen geheel zelfstandig aan de slag. Fijn concludeerde dat er geen verschil in leeropbrengst te vinden was tussen de twee instructievormen.
Al met al zijn in de literatuur voor zowel open als gestructureerd onderzoekend leren argumenten te vinden. Voorstanders van gestructureerd onderzoekend leren beargumenteren dat de leerlingen cognitief (nog) niet instaat zijn om op dit hoge niveau onderzoek uit te voeren, vanwege het grote beroep op het werkgeheugen (Kirschner et al., 2006). Op deze manier leidt het onderzoekend leren af van het inhoudelijke doel. De leerlingen moeten eerst goed bekend zijn met het uitvoeren van onderzoek, voordat zij het zelfstandig kunnen uitvoeren. Betoogd wordt dat de gestructureerde onderzoekvorm hier het juiste middel voor is (Mayer, 2004; Bell et al., 2005; Velthorst et al., 2011). Het onderzoek van Furtak et al. (2012) liet daarentegen zien dat open onderzoek een positief effect heeft op de cognitieve dimensie, die vergroot kan worden door de begeleidende rol van de leerkracht. Een ander argument voor open onderzoekend leren is dat het open niveau het meest aansluit bij het algemene doel van onderzoekend leren (Van Graft & Kemmers, 2007; Hodson, 2014). Voor beide standpunten is er ook experimenteel bewijs aan te dragen dat de ene instructievorm meer effect heeft dan de andere instructievorm (Klahr & Nigam, 2004; Furtak et al., 2012; Bunterm et al., 2014), maar ook dat er geen verschil in effect is (Fijn, 2014). Het is dan ook nog niet mogelijk om nu al te zeggen welke van de twee vormen als meest geschikte naar voren zal komen in dit onderzoek. Hiervoor zal er eerst verder ingezoomd moeten worden op de context van dit onderzoek. Ten eerste zal gekeken worden hoe dit aansluit bij het leren in groep 3, waarna dit alles gekoppeld wordt aan de situatie bij Stichting Sirius van waaruit dit onderzoek plaatsvindt.
2.3 Leren in groep 3
In deze paragraaf wordt kort gekeken naar hoe leerlingen leren in groep drie. Hierbij wordt bekeken welke vorm van onderzoekend leren het meeste aansluit bij de cognitieve ontwikkeling van leerlingen in groep 3. Ook zal kort worden in gegaan op de rol van de leerkracht.
In groep 3 zijn de leerlingen zes à zeven jaar oud en hebben zij net de overgang gemaakt van groep 2 naar groep 3. Een voorwaarde voor deze overgang is schoolrijpheid (Van der Aalsvort et al., 2007), waarbij wordt gekeken of leerlingen genoeg vaardigheden hebben om deze overgang te maken. In groep 3 krijgen leerlingen voor het eerst formeel onderwijs, waarbij niet alleen gelet wordt op de inzet maar ook op de prestatie (Van Beemen, 2015). De leerlingen in groep 3 zijn dan ook steeds meer op het resultaat gericht (Schreuder,
Boogaart, Fukkink & Hoex, 2011). Ze worden beter in dingen onthouden en kunnen ook meer onthouden, waarbij de zes- en zevenjarigen beter in staat zijn om hun aandacht gericht te sturen. Deze vaardigheden stellen de leerlingen meer in staat om onderzoekend en ontwerpend te leren (Van Graft, 2009). De leerkracht ondersteunt de leerlingen hierbij door verschillende leerfuncties te vervullen. Deze leerfuncties zijn oriënteren, verbreden, verdiepen, bestaande leeractiviteiten aanvullen met andere handelingen en reflecteren. Bij deze leeftijdsgroep wordt gebruik gemaakt van betekenisvolle activiteiten. Spel vormt hierbij de context voor de verschillende leeractiviteiten (Janssen-Vos, 2008). De spelontwikkeling is op deze leeftijd nog steeds de bron van de ontwikkeling van de kinderen (Ameling, Cordang & Damen, 2005)
Kinderen uit groep 3 maken ook een belangrijke cognitieve ontwikkeling door. Volgens de ontwikkelingsstadia van Piaget komen de kinderen nu in het concreet-operationele stadium (Van Beemen, 2015). Cognitief zijn de kinderen nu in staat om handelingen mentaal te representeren en neemt het probleemoplossend vermogen aanzienlijk toe. Daarbij komen de leerlingen ook steeds meer los van het hier en nu. Deze vaardigheden zijn nodig bij het onderzoekend leren. Ze vormen de basis van de onderzoekende houding, die het doel is van OOL (Van Graft & Kemmers, 2007). De leerlingen komen volgens de theorie van Kohlberg ook in het conventionele stadium van de morele ontwikkeling (Schreuder et al., 2011). Zij kennen de regels, accepteren deze en passen de regels ook toe.
De derde groepers bezitten nog veel intrinsieke motivatie vanuit hun nieuwsgierigheid om de wereld te ontdekken (Schreuder et al., 2011). Ze zullen veel experimenteren met de materialen om hen heen. Dit sluit aan bij de exploratieve fase van onderzoekend en ontwerpend leren (Van Graft & Kemmers, 2007). Er ontstaat een neiging tot gericht onderzoeken (Schreuder et al., 2011). Door de cognitieve ontwikkeling worden de leerlingen vaardig genoeg om logisch te denken en verbanden te leggen. Een kernvaardigheid binnen het onderzoekend en ontwerpend leren (Van Graft & Kemmers, 2007).
Lesgeven vanuit de OOL-didactiek vergt veranderingen van de leerlingen (Tanis, Dobber, Zwart & Van Oers, 2014) en van de leerkracht (Van Keulen & Van der Molen, 2008). Waar leerlingen net rijp zijn voor het schoolse leren (Van Beemen, 2015), wordt er bij onderzoekend leren een andere werkwijze van de leerlingen verwacht (Tanis, et al., 2014). Toch benadrukken White en Frederiksen (2000) het belang om al van jongs af aan met wetenschap en technologie te starten. Op deze manier wordt de kans op ongelijkheid in bijvoorbeeld sekse of cognitie verkleind. Het is de taak van de leerkracht om een geleidelijke transitie naar de onderzoekend houding plaats te laten vinden (Tanis et al., 2014). Om de
leerlingen bekend te maken met onderzoekend en ontwerpend leren neemt de leerkracht een begeleidende rol in, maar modelleert ook voor de leerlingen hoe zij onderzoek kunnen doen. Zo kan de leerkracht de verschillende denkstrategieën expliciteren of de interactieprocessen begeleiden.
Om als leerkracht hier vaardig in te worden, is het vooral een kwestie van doen (Van Keulen & Van der Molen, 2008). Wanneer leerkrachten meer kennis hebben, vaardig zijn en zelfvertrouwen hebben, worden zij beter in het lesgeven in wetenschap en technologie. De houding van de leerkracht heeft een groot effect op het enthousiasme van de leerlingen. Colburn (2000) benoemt dat leerkrachten een aantal didactische aspecten bij OOL-lessen kunnen toepassen. Met name een goed klassenmanagement, waarbij de verwachtingen duidelijk zijn, wordt door Colburn benadrukt. Vooral bij kinderen in deze leeftijdsgroep speelt de leerkracht een sleutelrol, die de leerlingen op vele gebieden ondersteunt.
In het kort maken de leerlingen in groep 3 een start met het formele onderwijs, waarbij zij instructies van de leerkracht opvolgen (Van Beemen, 2015). Spel (Janssen-Vos, 2008) en nieuwsgierigheid naar de wereld om hen heen (Schreuder et al., 2011) nemen hier nog een belangrijke plek in het onderwijs in. Tevens maken de leerlingen op deze leeftijd een aantal cognitieve ontwikkelingen door, die bijdragen aan het onderzoekend leren. Zo zijn de leerlingen meer in staat om hun aandacht te sturen (Schreuder et al., 2011) en ontwikkelen zij het probleem oplossend vermogen (Van Beemen, 2015).
2.4 De probleemstelling van Stichting Sirius
Voordat er een hypothese geformuleerd kan worden, is het van belang de context van dit onderzoek te schetsen. Stichting Sirius bestaat uit veertien scholen waarvan drie scholen al een start hebben gemaakt met wetenschap en technologie in de onderbouw. Voor de onderbouwleerkrachten zijn al diverse trainingen gestart over de didactische achtergrond van wetenschap en technologie. De leerkrachten uit de middenbouw zijn bij aanvang van dit onderzoek nog niet in aanraking geweest met deze didactiek tijdens het lesgeven of bij trainingen. De middenbouwleerkrachten hebben dan ook nog weinig ervaring met wetenschap en technologieonderwijs. Dit heeft als gevolg dat de leerlingen in groep 3, die in dit onderzoek meegenomen zullen worden, ook nog geen ervaring hebben met onderwijs in wetenschap en technologie.
Om de eerder genoemde doelstelling van Stichting Sirius in 2018 te behalen, is het van belang binnen relatief korte tijd te starten met de scholing van de middenbouwleerkrachten. Zoals net beschreven ontbreekt er binnen de wetenschap consensus over het toepassen van
gestructureerd of open onderzoekend leren. Daarom zal in dit onderzoek gekeken worden welke van deze twee implementatievormen het meest geschikt is voor de leerlingen van de Siriusscholen. In dit onderzoek wordt gemeten of de leerlingen met gestructureerd of open onderzoekend leren de stappen van de onderzoekscyclus van Onderzoekend en Ontwerpend Leren het meeste toepassen.
In het onderzoek worden leerlingen van verschillende Siriusscholen geobserveerd tijdens twee OOL-lessen: gestructureerd onderzoekend leren en open onderzoekend leren. Hierbij wordt gemeten in welke mate de leerlingen de stappen van de onderzoekscyclus uitvoeren. De resultaten van de gestructureerde lessen worden vergeleken met de resultaten van de open lessen. Verwacht wordt dat de leerlingen de onderzoekscyclus beter doorlopen met de gestructureerde lessen, dan met de open lessen. Ondanks dat de open onderzoekvorm het meest aansluit bij de oorspronkelijke beschrijving van onderzoekend en ontwerpend leren (Van Graft & Kemmers, 2007; Hodson, 2014) en dat dit zorgt voor meer betrokkenheid van de leerlingen (Hmelo-Silver et al., 2007; Hodson, 2014). De leerlingen hebben namelijk weinig tot geen ervaring met onderzoekend leren. In de literatuur is terug te lezen dat de leerlingen deze ervaring het beste kunnen opdoen met gestructureerd onderzoekend leren (Bell et al., 2005), waarbij de fases van de onderzoekscyclus explicieter aan bod komen dan bij open onderzoekend leren. Tevens sluit gestructureerd onderzoek het beste aan bij het schoolse leren waar de leerlingen in groep 3 mee in aanraking komen (Van Beemen, 2015).
3. Methode 3.1 Deelnemers
Aan dit onderzoek namen vier basisscholen van Stichting Sirius deel. Van elke school werd minstens één groep drie klas geselecteerd voor het onderzoek (Tabel 1). Dit werd gedaan door de wetenschap en technologiecoördinator van de betreffende school. Vervolgens koos elke groepsleerkracht vier leerlingen uit, waarvan twee instructiegevoelige leerlingen en twee instructieonafhankelijke leerlingen1. Het geslacht maakte hierbij niet uit. Het ging om acht groepjes, met in totaal 32 kinderen. Uiteindelijk bestond de onderzoeksgroep uit 17 jongens en 15 meisjes met een gemiddelde leeftijd van 6;6.
Tabel 1
Deelnemende scholen en de bijbehoren groepen met de toegewezen condities
School Groep Les 1 Les 2
School 1 Groep A stuiteren open magneten gestructureerd
Groep B magneten gestructureerd stuiteren open Groep C stuiteren gestructureerd magneten open
School 2 Groep D stuiteren open magneten gestructureerd
Groep E stuiteren gestructureerd magneten open School 3 Groep F magneten gestructureerd stuiteren open
School 4 Groep G stuiteren open magneten gestructureerd
Groep H magneten open stuiteren gestructureerd
3.2 Materiaal
Voor dit onderzoek werd gebruik gemaakt van de Vaardigheden Lijst Onderzoeken en Ontwerpen (VLOO; Bijlage 1, Boonstra, Gielen & Joosten, 2012). Dit instrument is ontworpen voor groepsleerkrachten in het basisonderwijs. Met behulp van dit instrument kan gemeten worden wat de leerlingen al kunnen en wat zij nog kunnen leren op het gebied van wetenschap en technologie. De observaties kunnen op individueel en op groepsniveau plaatsvinden. De VLOO is ontworpen voor leerlingen vanaf groep 3 tot en met groep 8. In de handleiding staat omschreven hoe de vaardigheden zichtbaar zijn bij de jongere leerlingen en bij de oudere leerlingen.
Het instrument bestaat uit zes categorieën met in totaal 16 items. De categorieën zijn verwonderen, vertalen, verzamelen, verwerken, verbanden leggen en verspreiden. Deze zes categorieën komen inhoudelijk overeen met de fasen van de onderzoekscyclus. Voor elk item is er in de handleiding een beschrijving te vinden van concrete gedragingen van de leerling. Bijvoorbeeld “De leerling stelt een vraag”. Deze vraag valt onder de schaal verwonderen. Per item zijn er drie scoringsmogelijkheden: zelden, soms en vaak. De observator kiest voor zelden wanneer de leerling het gedrag niet laat zien, of enkel op uitdrukkelijke aansporing van de leerkracht. Voor soms wordt gekozen wanneer de leerling het gedrag bij een enkel onderwerp uit zichzelf laat zien, maar meestal alleen na aansporing van de leerkracht. De score vaak wordt gekozen wanneer de leerling het gedrag bijna altijd uit zichzelf laat zien en daarbij nauwelijks of geen aansporing van de leerkracht nodig heeft.
Slot (2013) heeft onderzoek gedaan naar de kwaliteit en bruikbaarheid van de Vaardigheden Lijst Onderzoeken en Ontwerpen. Uit het kwaliteitsonderzoek kwam naar voren dat de betrouwbaarheid (α = .94) uitstekend blijkt. Tevens laat het onderzoek zien dat het instrument een goede begripsvaliditeit heeft: de items hebben gezamenlijk betrekking op een enkele achterliggende factor, namelijk vaardigheden voor onderzoeken en ontwerpen. Het accent ligt hierbij met name op de onderzoekvaardigheden.
3.3 Procedure
Voorafgaand aan het onderzoek werden de groepen random toegewezen aan de condities met behulp van een 2 (Conditie: open of gestructureerd) × 2 (Onderwerp: magneten of stuiteren) design (zie Tabel 1). Per twee groepen (bijv. A en B) werd voor groep A bepaald welke taak (magneten of stuiteren) in welke vorm (open of gestructureerd) gegeven werd. Groep B kreeg de andere condities toegewezen. Vervolgens is per groep geloot welke taak als eerste aangeboden werd. Hierbij kreeg elke groep twee verschillende lessen (open en gestructureerd). Tussen de twee verschillende lessen zaten minimaal twee weken.
De lessen werden gegeven door de onderzoekster. Deze vonden plaats buiten de klas; in de hal of in een aparte ruimte. Voor elke leerling lag er een papier en potlood klaar voor eventuele aantekeningen. Onafhankelijk van de conditie kregen de groepen van de taakleider de instructie dat zij een onderzoek gingen doen als echte wetenschappers. Vervolgens werden alle groepjes, afhankelijk van het onderwerp, geconfronteerd met hetzelfde verschijnsel. Bij magneten kregen de deelnemers te zien hoe een lepel aan een magneet bleef hangen. Bij het onderwerpen stuiteren kregen de deelnemers te zien hoe de taakleider een bal twee keer liet stuiteren.
De groepen met een open vorm gingen daarna direct aan de slag met het onderzoeken. De leerlingen krijgen hierbij de opdracht om een onderzoek uit te voeren met de materialen. Hierbij kregen zij geen verdere hulpmiddelen aangeboden. Wel was de taakleider beschikbaar voor eventuele vragen van de leerlingen of voor begeleiding. De taakleider stimuleerde de leerlingen de verschillende stappen van de onderzoekscyclus uit te voeren, indien de leerlingen dit niet uit zichzelf deden.
De groepen met een gestructureerde vorm kregen daarentegen een uitgebreidere instructie van de taakleider over het voeren van een onderzoek. In deze instructie kregen de leerlingen met behulp van een handelingswijzer (Bijlage 2 en 3) vijf stappen aangereikt voor het onderzoek: 1. Kies één materiaal. 2. Is het magnetisch?/Kan het stuiteren? 3. Plaats het in de juiste groep (ja of nee). 4. Doe dit met alle materialen. 5. Hoe kan dit? Vervolgens ging de
groep met de gestructureerde vorm ook aan de slag met het onderzoek. Ook bij deze conditie was de taakleider beschikbaar voor vragen van de leerlingen tijdens het uitvoeren van de taak. Tevens stimuleerde de taakleider de deelnemers bij het uitvoeren van de verschillende stappen in de onderzoekscyclus, wanneer de leerlingen dit niet uit zichzelf deden. Elke taak werd na ongeveer dertig minuten afgerond.
De taakleider observeerde de deelnemers gedurende taak. Daarnaast werd elke observatie op film vastgelegd met behulp van twee camera’s. Door middel van dit filmmateriaal kon achteraf het observatie-instrument verder ingevuld worden.
3.4 Analyse
Alle scores werden geanalyseerd aan de hand van een verschiltoets voor gemiddelden in SPSS. De groepen worden vergeleken aan de hand van hun eerste les, gestructureerd of open. Hiervoor is een t-toets voor onafhankelijke groepen afgenomen. Waarbij de onafhankelijke variabele de vorm was (open of gestructureerd) en de afhankelijke variabele de totale score per leerling. Vervolgens is een t-toets voor gepaarde waarnemingen afgenomen. Hiermee werd van alle groepen de gemiddelde scores op open en gestructureerd geanalyseerd.
4. Resultaten
Van de 32 deelnemers was er één ziek tijdens de tweede observatie. De gegevens van deze deelnemer, uit groep H, zijn niet meegenomen in de verdere dataverwerking. Tijdens de dataverzameling bleken item 14 (“De leerling presenteert de resultaten.”) en item 15 (“De leerling verantwoordt de resultaten.”) niet of nauwelijks gescoord te kunnen worden: de observaties duurden te kort om bij deze punten stil te staan. In de handleiding van de VLOO (Boonstra, Gielen & Joosten, 2012) is ook te lezen dat deze items in de lagere klassen minder aan bod komen en dan vooral onder begeleiding van de leerkracht. Deze items zijn daarom niet meegenomen bij de resultatenanalyse.
Als eerste zijn alle scores van de open observaties vergeleken met de scores van de gestructureerde observaties op het gehele meetinstrument en per subschaal van het instrument. Hiermee is gekeken naar de totale vaardigheid van het onderzoekend leren en de vaardigheid in de verschillende stappen van de onderzoekscyclus. Deze scores zijn geanalyseerd met een tweezijdige t-toets voor gepaarde waarnemingen met een alfa van 0.05. De gemiddelde scores, de standaarddeviaties en de verschilscores staan vermeld in Tabel 2.
Tabel 2
Gemiddelde scores, standaarddeviaties (tussen haakjes), t-scores en p-waardes bij Open en Gestructureerd voor de gehele schaal en per subschaal
Open Gestructureerd t p-waarde
Gehele schaal 37.38 (4.14) 37.34 (7.19) .03 .98
Subschaal 1 – Verwonderen 8.69 (.54) 8.38 (1.66) 1.17 .25 Subschaal 2 – Vertalen 8.09 (1.23) 8.47 (1.61) -1.36 .18 Subschaal 3 – Verzamelen 8.28 (1.17) 8.06 (1.68) .96 .34 Subschaal 4 – Verwerken 4.81 (1.15) 5.06 (1.27) -.96 .35 Subschaal 5 – Verbanden leggen 4.91 (.89) 4.94 (1.27) -.15 .88 Subschaal 6 - Verspreiden 2.69 (1.00) 2.53 (1.11) .76 .46
Noot. Verschilscore = Open – Gestructureerd
Er zijn geen significante verschillen tussen de open en gestructureerde lessen uit deze analyse naar voren gekomen. Wel is te zien dat de leerlingen bij de open vorm gemiddeld iets hoger hebben gescoord dan bij de gestructureerde vorm op de gehele schaal. Tevens zijn er kleine, niet significante, verschillen te zien tussen de verschillende subschalen. Deze verschillen gaan beide richtingen op. Aan de hand van deze resultaten kan de nulhypothese (geen verschil tussen open en gestructureerd onderzoekend leren) niet verworpen worden.
Omdat de leerlingen twee lessen aangeboden kregen, is het niet uit sluiten dat de prestaties op de tweede les beïnvloed zijn door de ervaringen uit de eerste les. Om precies te zijn kan het zijn dat de leerlingen de ervaringen, geleerd bij de gestructureerde conditie, toepasten bij de open conditie. Andersom is dit ook mogelijk.
Om er achter te komen of er inderdaad sprake is van dit leereffect, zijn er twee onafhankelijke t-toetsen uitgevoerd. Ten eerste zijn de scores van enkel de eerste lessen van open (N = 16) en gestructureerd (N= 16) met elkaar vergeleken. Er werd tweezijdig getoetst met een alfa van 0.05. Om te bepalen of de t-toets voor gelijke of ongelijke varianties moest worden gebruikt is er uitgegaan van de vuistregel van Agresti en Franklin (2008), waarbij er wordt uitgegaan van de situatie van ongelijke varianties als de ene standaarddeviatie meer dan twee keer zo groot is als de andere standaarddeviatie. De analyse laat zien dat er een significant verschil is tussen de eerste lessen (t(20.15) = -2.10, p = .049). De leerlingen in de gestructureerde conditie (M = 48.63, SD = 2.13) scoren significant hoger dan de leerlingen in de open conditie (M = 35.75, SD = 5.05).
Vervolgens is er een onafhankelijke t-toets uitgevoerd waarbij de scores binnen één conditie met elkaar werden vergeleken. Bij de open condities zijn de scores van de leerlingen die deze vorm als eerste aangeboden kregen (NO1 = 15) vergeleken met de leerlingen die dit als tweede les kregen (NO2 = 16). Dezelfde groepen werden tegen elkaar afgezet voor het volgorde effect bij de gestructureerde vorm (NG1 = 16, NG2 = 15). Hiermee werd gekeken of de leerlingen hoger scoorden op een vorm, wanneer zij deze als tweede conditie aangeboden kregen. In dat geval zouden de leerlingen tijdens de eerste conditie iets geleerd kunnen hebben, waardoor zij in de tweede conditie hoger scoren. Voor elke groep werd de gemiddelde score en de bijbehorende standaardafwijking berekend, zie Tabel 3.
Tabel 3
Gemiddelde scores en standaarddeviaties (tussen haakjes)bij de eerste en de tweede les en de t-scores en p-waardes voor Open en Gestructureerd
Les 1 Les 2 t p-waarde
Open 35.75 (5.05) 39.00 (2.07) -2.38 .027
Gestructureerd 38.63 (2.13) 36.06 (9.94) 1.01 .33
Noot. Verschilscore = Les 1 – Les 2
Bij de open vorm is een significant volgorde effect bij de openconditie gevonden (t(19.88) = -2.38, p = .027). Leerlingen die de open vorm als tweede conditie aangeboden kregen, scoorden significant hoger dan de leerlingen die de open vorm als eerste conditie aangeboden kregen. Bij de gestructureerde conditie is geen significant verschil gevonden.
In totaal zijn er dus drie verschillende t-toetsen afgenomen, waarbij er verschillende significante en niet-significante resultaten naar voren kwamen. Ten eerste is er geen significant verschil te vinden tussen gestructureerd en open onderzoekend leren wanneer alle observaties met elkaar zijn vergeleken. Er zijn echter wel twee significante volgorde-effecten te vinden, wanneer de observaties los van elkaar worden bekeken. Deze resultaten laten zien dat er weldegelijk een verschil is tussen de twee vormen. Ten eerste scoren de leerlingen tijdens de eerste les significant hoger bij gestructureerd onderzoekend leren, dan bij open onderzoekend leren. Het andere volgorde-effect laat zien dat de leerlingen significant hoger scoren bij de open vorm, wanneer zij deze les als tweede les, na de gestructureerde vorm, aangeboden krijgen.
5. Discussie
Dit onderzoek richtte zich op het verschil in leeropbrengsten bij open en gestructureerd onderzoekend leren. Er is gekeken bij welke vorm de leerlingen de zeven stappen van de onderzoekscyclus (Van Graft & Kemmers, 2007) het meest toepassen. Vanuit de literatuur werd verwacht dat de leerlingen hoger zouden scoren in de gestructureerde vorm dan in de open vorm (Mayer, 2004; Bell et al., 2005; Velthorst et al., 2011).
Dit is deels terug te vinden in de resultaten. Ten eerste is er geen significant verschil in leeropbrengsten gevonden, wanneer alle observaties met elkaar worden vergeleken. Wel was er een significant verschil te vinden wanneer enkel de scores van de eerste lessen werden vergeleken. Wanneer de leerlingen slechts één van de condities aangeboden kregen, waren zij vaardiger in de gestructureerde conditie dan in de open conditie. Dit betekent dat de leerlingen met gestructureerd onderzoekend leren de zeven stappen van de onderzoekscyclus meer zullen toepassen dan met open onderzoekend leren. Om het verschil tussen deze twee resultaten te verklaren, is er gekeken of de leerlingen tijdens de eerste conditie iets geleerd hebben, dat zij tijdens de tweede conditie konden toepassen. In deze analyse kwam een significant effect naar voren. Leerlingen scoorden beter op de open vorm wanneer zij eerst een gestructureerde vorm aangeboden kregen, gevolgd door een open vorm. Bij de andere volgorde, eerst open dan gestructureerd, kwam geen significant resultaat naar voren. Aan de hand van deze resultaten is het mogelijk dat de leerlingen in eerste instantie beter zijn in de gestructureerde conditie. Tijdens deze vorm kunnen de leerlingen de vaardigheden zodanig leren, dat zij daarna beter scoren bij open onderzoekend leren.
Aan de ene kant zijn er resultaten gevonden die geen verschil laten zien. Dit is eerder voorgekomen bij experimentele studies, zoals Fijn (2014). Een mogelijke verklaring hiervoor is de natuurlijke nieuwsgierigheid van deze jonge kinderen (Schreuder et al., 2011). De leerlingen in dit onderzoek zijn nog nieuwsgierig naar de wereld om hen heen, waardoor zij een neiging hebben tot gericht onderzoeken. Door deze drang tot onderzoeken is het mogelijk dat het voor de leerlingen niet uitmaakt of zij een meer open of meer gestructureerd onderzoek aangeboden krijgen.
Aan de andere kant zijn er resultaten die de hypothese van dit onderzoek bevestigen: leerlingen presteren beter bij gestructureerd onderzoekend leren dan bij open onderzoekend leren. Dit is ook naar voren gekomen in het onderzoek van Klahr en Nigam (2004). Bij deze experimentele studie werd ook gevonden dat de leerlingen meer leren bij de gestructureerde conditie dan bij de open conditie. De resultaten uit dit huidige onderzoek bevestigen ook het standpunt van Kirschner et al. (2006). Leerlingen zullen slechter scoren op de open vorm.
Kirschner en haar collega’s geven hierbij als verklaring dat de leerlingen cognitief niet in staat zijn om een onderzoek geheel zelfstandig, zonder structuur, uit te voeren.
Echter heeft dit onderzoek laten zien dat het voor de leerlingen weldegelijk mogelijk is om beter te scoren op de open vorm. Namelijk wanneer de leerlingen voorafgaand aan de open conditie een gestructureerd onderzoek hebben uitgevoerd. Vanuit de literatuur wordt dit verklaard, doordat de leerlingen eerst op een lager niveau moeten beginnen om het proces van onderzoekend leren eigen te maken, waarna zij op een hoger, meer open niveau kunnen werken (Bell et al., 2005). Gestructureerd onderzoekend leren staat in het continuüm van Banchi & Bell (2008) twee treden onder de open vorm. Door eerst een gestructureerde vorm aan te bieden, raken de kinderen al meer bekend met het onderzoeksproces. Deze ervaringen kunnen zij later toepassen tijdens de open vorm.
Bij dit onderzoek zijn enkele kanttekeningen te plaatsen. Ten eerste heeft dit onderzoek zich enkel gefocust op het toepassen van de vaardigheden van onderzoekend leren. In tegenstelling tot eerder aangehaalde onderzoeken (bijv. Furtak et al., 2012; Fijn, 2014), is er geen aandacht geweest voor de leeropbrengst van de inhoudelijke kennis. Voorafgaand aan het onderzoek was duidelijk dat het instructionele doel de instructievorm bepaalt (Kuhn, 2007). In dit onderzoek was het doel om te kijken in welke vorm de leerlingen vaardiger waren in het toepassen van de onderzoekscyclus. Er werd dus gekeken in welke mate de leerlingen de onderzoekvaardigheden toepasten, waarbij gefocust werd op het proces van het onderzoeken. Hierbij speelde het geen rol of de leerlingen iets hadden geleerd over de twee lesonderwerpen (magneten en stuiteren). In vervolgonderzoek kan door middel van een voor- en nameting het inhoudelijke aspect meegenomen worden. Het is namelijk mogelijk dat er een ander verschil te vinden is tussen de twee vormen wanneer wordt gelet op wat de leerlingen inhoudelijk hebben geleerd. Voor meer informatie over de invloed van het leerdoel op de methode wordt verwezen naar het artikel van Hodson (2014).
Een andere beperking van dit onderzoek is dat de onderzoekster tevens de taakleidster was. Ten eerste is dit een beperking, omdat de onderzoekster onbekend was voor de leerlingen. Voor een vervolgonderzoek kan aangeraden worden om de groepsleerkracht als taakleider te gebruiken. De leerlingen kennen de groepsleerkracht beter, waardoor er een andere sfeer ontstaat. De lessituatie zal dan voor de leerlingen minder onbekend zijn. Daarnaast had de taakleidster al veel ervaring met het lesgeven in wetenschap en technologie. In tegenstelling tot de groepsleerkrachten, die weinig tot geen ervaring hebben met het lesgeven in wetenschap en technologie. Alhoewel dit onderzoek bedoeld is om te ontdekken welke van de twee vormen het beste gegeven kan worden, nadat de leerkracht getraind zijn in
wetenschap en technologie, kan deze factor toch van invloed zijn op de onderzoeksresultaten. De leerkracht speelt immers een sleutelrol in het leergedrag van de leerlingen (Van Keulen & Van der Molen, 2008). Ten slotte valt niet uit te sluiten dat de taakleidster (onbewust) een voorkeur had voor of vaardiger was in één van de twee condities. Deze twee factoren kunnen de uitkomsten van het onderzoek beïnvloeden. Voor het vervolgonderzoek wordt daarom aangeraden om niet alleen de groepsleerkracht een les te laten geven, maar ook een andere (onafhankelijke) leerkracht. Zoals de taakleidster in dit geval. Op deze manier wordt de kans dat de resultaten leerkrachtafhankelijk zijn verkleind.
Bij het interpreteren van de resultaten van dit onderzoek moet rekening worden gehouden met de beperkte omvang van de onderzoeksgroep. Aan het onderzoek namen slechts 32 kinderen deel. Daardoor is de power van dit onderzoek klein. Deze kinderen waren afkomstig van vier van de veertien scholen van het schoolbestuur. Binnen het schoolbestuur is de leerlingpopulatie van de scholen over het algemeen vergelijkbaar. De scholen bestaan grotendeels uit allochtone kinderen, waarbij Nederlands niet hun enige taal is. Echter bestaat er binnen de scholen een verschil in de afkomst van de kinderen. In toekomstig onderzoek zou men de onderzoekspopulatie zodanig kunnen selecteren, dat de verschillende culturen binnen de veertien scholen van het schoolbestuur vertegenwoordigd zijn in het onderzoek. Op deze manier kunnen de resultaten verder gegeneraliseerd worden naar alle scholen van Stichting Sirius.
In dit verslag werd antwoord gegeven op de onderzoeksvraag “Draagt open of
gestructureerd onderzoekend leren het meeste bij om leerlingen in groep 3 van Stichting Sirius de stappen uit de onderzoekscyclus uit te laten voeren?” Aan de hand van de resultaten
kan gesteld worden dat met gestructureerd onderzoekend leren de leerlingen vaardiger lijken in het uitvoeren van de stappen uit de onderzoekscyclus dan met open onderzoekend leren. Bij het aanleren van de procesvaardigheden van onderzoekend leren kan de leerkracht volgens dit onderzoek dus het beste kiezen voor een gestructureerde vorm.
Op basis van het onderzoek wordt aan Stichting Sirius geadviseerd te starten met gestructureerd onderzoekend leren. De onderzoeksresultaten laten zien dat de leerlingen bij de kennismaking met wetenschap en technologie de onderzoekscyclus beter doorlopen bij gestructureerd onderzoekend leren. Aan de hand van het volgorde effect, wordt ook aangeraden om te beginnen met een implementatie van de gestructureerde vorm. Als gestructureerd onderzoekend leren voldoende is aangeboden, kunnen de scholen geleidelijk over gaan naar een meer open vorm van onderzoekend leren. Bovenstaande bevindingen komen overeen met wat er in de wetenschappelijke literatuur terug te vinden is. Bell et al.
(2005) beschrijven in hun artikel dat de verschillende niveaus als een continuüm moeten worden gezien. Het doel is om de leerlingen op het meest open niveau te laten werken, hier kunnen zij echter niet op beginnen. De leerlingen moeten oefenen met onderzoekend leren en vanuit hier opbouwen naar een steeds meer open vorm van onderzoekend leren. De leerkracht kan hiervoor de vrijheidsgraden steeds aanpassen aan de behoeften van de leerlingen (Velthorst et al., 2011).
Naar aanleiding van dit onderzoek en de aangehaalde literatuur word Stichting Sirius geadviseerd te starten met een gestructureerde vorm van onderzoekend leren. Op deze manier worden de leerlingen vaardig in het toepassen van de stappen van de onderzoekscyclus. Op den duur kan de leerkracht steeds minder structuur aanbrengen aan de onderzoeken. Waarna de leerlingen, volgens de literatuur, uiteindelijk een open onderzoek zullen kunnen uitvoeren waarbij zij zelfstandig de onderzoekscyclus doorlopen.
6. Literatuur
Agresti, A. en Franklin, C. (2008). Statistics: The art and science of learning from data. Upper Saddle River, NJ: Pearson Higher Education (2e dr.).
Alfieri, L., Brooks, P. J., Aldrich, N. J., & Tenenbaum, H. R. (2011). Does discovery-based instruction enhance learning? Journal of Educational Psychology, 103(1), 1–18.
Ameling, M., Cordang, M. en Damen, L. (2005). Spel en ontwikkeling. Deel 1: Theoretische
uitgangspunten. Enschede: SLO.
Banchi, H. en Bell, R. (2008, oktober). The many levels of inquiry. Science and children, 26 29.
Bell, R. L., Smetana, L. en Binns, I. (2005). Simplifying inquiry instruction. The Science
Teacher, oktober 2005, 30-33.
Boonstra, M., Gielen, M. en Joosten, F. (2012) Vaardigheden Lijst Onderzoeken en
Ontwerpen. Rotterdam: CED-Groep.
Bunterm, T., Lee, K., Kong, J. N. L., Srikoon, S., Vangpoomyai, P., Rattanavongsa, J., & Rachahoon, G. (2014). Do different levels of inquiry lead to different learning
outcomes? a comparison between guided and structured inquiry. International Journal
of Science Education, 36(12), 1937–1959
Colburn, A. (2000). An inquiry primer. Science scope, Maart 2000, 42-44.
De Vaan, E. & Marell, J. (2006). Praktische didactiek voor natuuronderwijs. Bussum: Coutinho.
Fijn, I. (2014). Leeropbrengst tijdens een open en een gestructureerde opdracht (Niet gepubliceerde masterthese). Universiteit Utrecht, Utrecht, Nederland.
Furtak, E. M., Seidel, T., Iverson, H. en Briggs, D. C. (2012). Experimental and quasi experimental studies of inquiry-based science teaching: a meta-analysis. Review of
Educational Research, 82 (3), 300-329.
Hmelo-Silver, C. E., Duncan, R. G., & Chinn, C. A. (2007). Scaffolding and achievement in problem-based and inquiry learning: A response to Kirschner, Sweller, and Clark (2006). Educational Psychologist, 42, 99– 107.
Hodson, D. (2014). Learning science, learning about science, doing science: Different goals demand different learning methods. International Journal of Science Education,
36(15), 2534–2553.
Janssen-Vos, F. (2008). Basisontwikkeling voor peuters en onderbouw. De wereld van het
jonge kind, 36(3), 18-21.
Kirschner, A., Sweller, J., & Clark, R. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: an analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based,
experiential, and inquiry based teaching. Educational Psychologist, 41(2), 75-86.
Klahr, D. en Nigam, M. (2004). The equivalence of learning paths in early science
instruction: The effects of direct instruction and discovery learning. Psychological Science,
15 (10), 661-667.
Kuhn, D. (2007). Is direct instruction the answer to the right question? Educational
Psychologist, 42, 109–113.
Mayer, R. E. (2004). Should there be a three-strikes rule against discovery learning? The case for guided methods of instruction. American Psychologist, 59 (1), 14-19.
Minner, D. D., Levy, D. J. en Century, J. (2010). Inquiry-Based Science Instruction: What Is It and Does It Matter? Results from a Research Synthesis Years 1984 to 2002. Journal
of research in science teaching, 47(4), 474–496.
Peters, I. (2008). Handelingsgericht werken met jonge kinderen in risicosituaties. Samen veilig steigers bouwen. De wereld van het jonge kind, 35(10), 332 – 336.
Schreuder, L., Boogaard, M., Fukkink, R. en Hoex, J. (2011). Pedagogisch kader
kindercentra 4-13 jaar. Springplank naar een gefundeerde aanpak in de buitenschoolse opvang. Amsterdam: Reed Business.
Slot, E.M. (2013). Vaardigheden Lijst Onderzoeken en Ontwerpen: Kwaliteit voor gebruik
in het basisonderwijs. Utrecht: Centrum voor Onderwijs en Leren.
Stichting Sirius (2015). Meerjarenbeleidsplan 2015-2019. Amsterdam: Stichting Sirius.
Sweller, J., Kirschner, P. A., & Clark, R. E. (2007). Why minimally guided teaching techniques do not work: A reply to commentaries. Educational Psychologist, 42(2), 115–121.
Tanis, M., Dobber, M., Zwart, R. en Van Oers, B. (2014). Hoe begeleid je onderzoekend
leren? Amsterdam: Vrije Universiteit Amsterdam.
Techniekpact (2012). Nationaal techniekpact 2020. Amsterdam: Techniekpact.nl.
Van Beemen, L. (2015). Ontwikkelingspsychologie (5e druk). Groningen/Houten: Noordhoff Uitgevers.
Van der Aalsvoort, G.M., van der Sluis, M.J., Kegel, C.A.T., Broos, C.A., & van der Hoeven en van Doornum, A. (2007). Toe zijn aan formeel onderwijs. De rol van kind- en omgevingsfactoren bij de bepaling van schoolrijpheid. Tijdschrift voor
Orthopedagogiek, Ontwikkelingspsychologie en Kinderpsychiatrie, 32, 75-87.
Van Graft, M. (2009). De concept-contextbenadering in het primair onderwijs. Deel I. Een
conceptueel kader voor natuur en techniek. Enschede: SLO.
Van Graft, M. en Kemmers, P. (2007). Onderzoekend en ontwerpend leren bij Natuur en
Techniek. Basisdocument over de didactiek voor onderzoekend en ontwerpend leren in het primair onderwijs. Den Haag: Stichting Platform Bèta Techniek.
Van Keulen, H. en Slot, E. M. (2013). Excellentiebevordering door middel van onderzoekend
en ontwerpend leren: vaardigheden rubrics onderzoeken en ontwerpen (VROO). Den
Haag: School aan Zet.
Van Keulen, H en Sol, Y. (2012). Talent ontwikkelen met wetenschap en techniek. Utrecht: Onderwijsadvies & Training, Centrum voor Onderwijs en Leren Universiteit Utrecht
Van Keulen, H. en Van der Molen, J. W. (2008). Onderzoek naar wetenschap en techniek in
het Nederlandse basisonderwijs. Den Haag: Platform Bèta Techniek.
Velthorst, G., Oosterheert, I. en Brouwer, N. (2011). Onderzoekend leren: De nieuwsgierigheid voorbij. Tijdschrift voor lerarenopleiders, 32(3), 32-38.
Verkenningscommissie Wetenschap en Technologie Primair Onderwijs. (2013). Advies
Verkenningscommissie wetenschap en technologie primair onderwijs. Utrecht: PO
raad; Den Haag: Platform Bèta Techniek.
White, B., & Frederiksen, J. (2000). Metacognitive facilitation: An approach to making scientific inquiry accessible to all. In J. Minstrell & E. van Zee (Eds.), Inquiring into
Inquiry Learning and Teaching in Science (pp. 331-370). Washington, DC: American
Association for the Advancement of Science
Zimmerman, C. (2007). The development of scientific thinking skills in elementary and middle school. Developmental Review, 27, 172-223.
Bijlage 1: Vaardigheden Lijst Onderzoeken en Ontwerpen2 Datum: Leerlingen: School: 1. Groep: 2. Stuiteren/magneten 3. Open/gestructureerd 4.
leerling 1 leerling 2 leerling 3 leerling 4
zel d en som s v aak zel d en som s v aak zel d en som s v aak zel d en som s v aak Verwonderen
1. Stelt een vraag
2. Activeert voorkennis
3. Verkent het probleem
Vertalen
4. Bakent vraag/doel af
5. Formuleert verwachtingen
6. Bedenkt een experiment/ontwerp
Verzamelen
7. Voert een experiment/ontwerp uit
8. Neemt waar wat er gebeurt
9. Legt gegevens vast
Verwerken
10. Ordent de gegevens
11. Geeft de kern van gegevens weer
Verbanden leggen
12. Maakt een logisch verhaal a.d.h.v. resultaten
13. Zoekt naar alternatieve verklaringen
Verspreiden
14. Presenteert de resultaten
15. Verantwoordt de resultaten
16. Deelt de resultaten met anderen
Bijlage 2: Handelingswijzer magneten
magneten
Dit zijn alle materialen.
Kies één ding uit.
Is het magnetisch?
Bijlage 3: handelingswijzer stuiteren
stuiteren
