EINDVERSLAG
Het koppelen van mitose/meiose aan erfelijkheid
en evolutie
Davide Teeken (Biologie)
12296929 EffectonderzoekInterfacultaire Lerarenopleiding, Universiteit van Amsterdam Begeleider: Lutz Lohse (UvA) Datum: 07-01-2020
Bibliografische referentie: Teeken, D. (2020). Het koppelen
van mitose/meiose aan erfelijkheid en evolutie.
Amsterdam: Interfacultaire Lerarenopleiding UvA
1
Inhoud
1. Abstract ... 2
2. Ontwerpvraagstuk ... 3
3. Theoretische verkenning van het probleem ... 4
4. Empirische verkenning van het probleem ... 6
5. Theoretische verkenning van oplossingen ... 9
6. Ontwerphypothese en Ontwerpregels ... 11
7. Onderzoeksplan ... 12
8. Tijdsplanning en Uitwerking van de ontwerplessen ... 13
9. Beschrijving en analyse van de uitvoering van de lessen en het onderzoek ... 14
10. Resultaten... 15 10.1 Gemiddelde waardes ... 15 10.2 Individuele waardes ... 17 11. Discussie en conclusie ... 22 12. Analytische terugblik ... 25 13. Literatuurlijst ... 27 14. Bijlage ... 30
14.1 Vragen Empirische verkenning en interviews ... 30
14.2 Uitgetypte opnames Empirische verkenning ... 31
14.3 Uitgetypte opnames interviews 4V ... 35
14.4 Klei-opdracht ... 38
14.5 Resultaten individuele leerlingen ... 40
14.6 Concept maps ... 44
2
1. Abstract
Genetica is een onderwerp dat tijdens de biologie lessen wordt behandeld. Het is een onderwerp dat ook vaak in het nieuws komt. Tijdens discussies over genetische vraagstukken wordt vaak misinformatie als echte informatie gepresenteerd. Het is belangrijk dat leerlingen de echte informatie van de misinformatie kunnen onderscheiden en kunnen meedoen met deze discussies. Daarvoor is vakinhoudelijke kennis voor nodig over het onderwerp. Deze kennis moet dan worden verbonden met andere aspecten van genetica. Leerlingen hebben vaak moeite om verbanden te zien tussen genetische concepten, niet alleen omdat de kennis van de losstaande concepten ontoereikend is, maar ook omdat het voor de leerlingen niet duidelijk is dat meiose en erfelijkheid, en meiose en evolutie met elkaar te maken hebben. Vaak wordt gedacht dat leerlingen de verbanden zelf kunnen leggen, maar dit lukt vaak niet. Visualisaties helpen juist bij het inzien van verbanden tussen 2 concepten. Daarom wordt in dit effectonderzoek onderzocht of dit probleem aangepakt kan worden door middel van een visualiserende werkvorm waarin de leerlingen met klei mitose en meiose uitbeelden en waarbij de koppeling tussen meiose en erfelijkheid en evolutie concreet en expliciet wordt gemaakt. De leerlingen maken tijdens deze werkvorm 4 geslachtscellen die door meiose zijn gemaakt. Hierbij hebben ze allelen aangegeven in de klei die ze gebruiken om uiteindelijk kruisingsschema’s op te stellen. Hierbij werken ze samen met een andere groepje om een “baby” te maken. Belangrijk hierbij is dat de werkvorm activerend is en dat de koppelingen concreet en expliciet worden benadrukt tijdens de les, maar ook tijdens de werkvorm. Ook moet de stof betekenisvol worden gemaakt voor de leerlingen. De verwachting is dan dat de leerlingen de koppeling tussen meiose en erfelijkheid en tussen meiose en evolutie vaker maken. De manier waarop dit wordt gemeten, is door middel van een concept map waarop de leerlingen verbanden kunnen leggen tussen meiose en erfelijkheid en tussen meiose en evolutie. De voormeting vindt plaats na een klassikale uitleg over mitose en meiose. De nameting vindt plaats na de werkvorm. Het aantal keer dat de leerlingen een correct verband leggen bij de eerste meting wordt geteld en vergeleken met de tweede meting. Daarnaast wordt ook gekeken naar de kwaliteit van de koppeling. De leerlingen maken bij de koppeling een beschrijving die aangeeft waarom de twee concepten zijn verbonden. Hierbij wordt gekeken naar het correct en relevant gebruik van vaktermen. Ook worden een paar leerlingen geïnterviewd door middel van vragen die verwijzen naar de koppelingen tussen meiose, erfelijkheid en evolutie. Uit deze metingen is gebleken dat na de werkvorm, de leerlingen vaker een koppeling maken tussen meiose en erfelijkheid en tussen meiose en evolutie. Ook de kwaliteit van de koppeling is vooruit gegaan wanneer de beschrijvingen van de koppelingen gemaakt in de voormeting worden vergeleken met de beschrijvingen van de koppelingen gemaakt in de nameting. De interviews bevestigen deze resultaten. Uit deze resultaten kan de conclusie getrokken worden dat de hypothese blijft staan en dat de werkvorm en het concreet en expliciet maken van de verbanden effect kan hebben op het maken van koppelingen tussen meiose en erfelijkheid en tussen meiose en evolutie door de leerlingen.
3
2. Ontwerpvraagstuk
Genetica is een biologisch concept dat vaak terugkomt in het nieuws. Genetische modificatie en erfelijke ziektes zijn voorbeelden waar genetica een rol in speelt en die vaak in het nieuws komen. Er zijn ook ethische aspecten aan verbonden. De vraag of genetische modificatie wel mag, is een discussie die al een tijd aan de gang is. Ook is er veel misinformatie over, bijvoorbeeld, genetische modificatie. Het is belangrijk dat leerlingen goed kunnen omgaan met wetenschappelijk nieuws en de misinformatie van de echte informatie kunnen onderscheiden. Ook mee kunnen doen met de discussie is belangrijk. Daarvoor is, onder andere, kennis over deze genetische begrippen nodig. Kennis die de leerlingen hebben over genetische onderwerpen, zoals erfelijkheid en evolutie, maar ook over processen zoals mitose en meiose, is vaak ontoereikend (Marbach-Ad, 2001). Mijn werkplekbegeleider, maar ook de hele biologie-sectie op mijn stageschool, heeft ondervonden dat leerlingen in de bovenbouw het lastig vinden om in te zien dat mitose/meiose onderdeel zijn van erfelijkheid en evolutie. Bij het oplossen van de kruisingsschema’s hebben de leerlingen vaak niet in de gaten dat de informatie waarmee ze werken voortkomt uit de meiose en bij evolutie denken de leerlingen vaak aan mutaties, maar niet aan hoe die mutaties worden doorgegeven (Banet & Ayuso, 2003; Lewis & Wood-Robinson, 2000). Vaak wordt gedacht dat leerlingen deze verbanden zelf leggen, terwijl dit vaak niet lukt. Het leggen van deze verbanden kan helpen bij een beter begrip van deze genetische processen. Daarom is het belangrijk om hierbij stil te staan en hier aandacht aan te besteden.
Dit effectonderzoek zal gaan over verbanden leggen tussen mitose/meiose en erfelijkheid en tussen mitose/meiose en evolutie door leerlingen in 4 VWO.
4
3. Theoretische verkenning van het probleem
Bij bovenstaand probleem worden leerlingen verwacht koppelingen te maken tussen verschillende biologische processen. Deze biologische processen, mitose, meiose, erfelijkheid en evolutie, behoren tot de genetica. Mitose is een proces waarbij de cel ervoor zorgt dat de erfelijke informatie verdubbelt en gelijk verdeeld wordt tijdens het in 2-en delen van de cel (McIntosh & Koonce, 1989). Meiose, daarentegen, is het proces waarbij de cel ervoor zorgt dat de erfelijke informatie verdubbelt en gelijk wordt verdeeld tijdens het in 4-en delen van de cel, waarbij elke cel dus maar de helft van het erfelijke materiaal bevat in vergelijking met de originele cel. Deze 4 cellen zullen uiteindelijk spermacellen of eicellen worden (Nicklas, 1971). Erfelijkheid is het proces waarbij eigenschappen van de ouders worden doorgegeven aan de nakomelingen. Deze eigenschappen zijn vastgelegd in de erfelijke informatie van de ouders (Urry, et al., 2017). Daarnaast wordt evolutie beschreven als een verandering van de overerfelijke eigenschappen van populaties organismen gedurende meerdere generaties (Hall & Strickberger, 2008).
Genetica in zijn geheel wordt niet alleen door leerlingen als lastig ervaren, maar ook door leraren (Finley, et al., 1982; Lewis & Wood-Robinson, 2000; Saka, et al., 2006; Williams, et al., 2012). De losstaande concepten en processen worden ook als lastig ervaren door leerlingen (Allen, 1987; Bahar, et al., 1999; Duncan & Reiser, 2007; J. H. Stewart, 1982; Topcu & Sahin-Pekmez, 2009). Hiervoor zijn verschillende oorzaken. De eerste mogelijke oorzaak zou het hebben van preconcepten en/of misconcepten over een bepaald onderwerp kunnen zijn (Wood-Robinson, 1994). Deze preconcepten en misconcepten kunnen verwarring veroorzaken voor de leerlingen wanneer een bepaald onderwerp wordt behandeld. Preconcepten kunnen bijvoorbeeld ontstaan omdat een biologisch begrip in de media wordt besproken. Vaak is dit niet diepgaand en wordt niet alles helemaal goed uitgelegd. Veel mensen vullen deze gaten zelf in, waardoor, bijvoorbeeld, iedereen een idee krijgt hoe DNA er precies uitziet, of hoe genen nu in elkaar zitten (Banet & Ayuso, 2000; Domis-Hoos, et al., 2012). Veel misconcepten zijn beschreven in de kennisbank van het Ruud de Moor Centrum van de Open Universiteit. De achtergrond van de leerlingen kan ook bijdragen aan de preconcepten en/of misconcepten. Bijvoorbeeld bij het onderwerp evolutie komt dit duidelijk naar voren. Geloof, omgeving en opvoeding kunnen daarbij een rol spelen (Hellman & Knol, 2004).
Een tweede mogelijke oorzaak is de abstracte aard van genetica (Duncan & Reiser, 2007). Wanneer leerlingen iets lezen over mitose/meiose of overerving blijft dat vaak abstract. De leerlingen kunnen zich daar niet gemakkelijk voorstellingen bij maken. Wanneer er voorbeelden zijn, zijn deze vaak niet betekenisvol genoeg voor de leerlingen (A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994; Novak, 1988). Daarnaast zijn er ook notaties voor genen en allelen waarbij er geen directe relatie zichtbaar is waarnaar deze notaties naar verwijzen (Bahar, et al., 1999; Domis-Hoos, et al., 2012).
Een derde oorzaak zou de complexiteit van genetica kunnen zijn (Duncan & Reiser, 2007; M.-C. P. Knippels, et al., 2005; M.-C. P. J. Knippels, 2002; Marbach-Ad & Stavy, 2000; Topcu & Sahin-Pekmez, 2009). Genetische processen spelen zich op verschillende organisatieniveaus af. Veranderingen in het DNA op molecuulniveau komen terug op het functioneren van cellen op celniveau. Het uiteindelijke effect kan vaak terug worden gezien op het niveau van het organisme waar bijvoorbeeld de ogen een bruine kleur hebben. Voor leerlingen is het lastig om tussen deze niveaus te denken.
Een vierde oorzaak zou het probleem oplossend vermogen kunnen zijn van de leerlingen (Allen, 1987; Banet & Ayuso, 2000; M.-C. P. Knippels et al., 2005; J. H. Stewart, 1982). Bij het oplossen van, bijvoorbeeld, vragen over Mendeliaanse genetica komen leerlingen in de problemen, omdat leerlingen bepaalde koppelingen niet leggen tussen verschillende concepten die nodig zijn om het probleem op
5 te lossen (Allen, 1987; Bahar, et al., 1999; A. M. Cavallo, 1996; A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994; Kindfield, 1991; Lewis, et al., 2000; J. H. Stewart, 1982; Wynne, et al., 2001).
Het niet leggen van koppelingen tussen verschillende concepten kan zelf meerdere oorzaken hebben. Zo kan, bijvoorbeeld, de boekindeling een belangrijke rol spelen. In veel boeken worden de hoofdstukken over celdeling (mitose/meiose) en erfelijkheid apart behandeld, zoals ook in Nectar 4VWO (Celcyclus H2.5, Erfelijkheid H5). Leerlingen zien dan de verbanden hiertussen vaak niet (Banet & Ayuso, 2000; Bizzo & El-Hani, 2009; Browning, 1988; A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994; J. H. Stewart, 1982; Thomson & Stewart, 1985). Soms kan het zelfs zo zijn dat door de volgorde bepaalde misconcepten ontstaan (Bizzo & El-Hani, 2009). Daarnaast, zoals hierboven beschreven, ervaren leerlingen genetica als een moeilijk onderwerp. De losstaande concepten zijn voor leerlingen moeilijk. Een manier waarop daar mee kan worden omgegaan door leerlingen is door de stof uit het hoofd te leren. Met name meiose en genetica zelf worden vaak door leerlingen uit het hoofd geleerd (A. L. Cavallo, 1992; A. M. Cavallo, 1996; A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994; J. Stewart & Dale, 1989). Hierdoor zullen vaak verbanden niet gelegd worden, omdat de stof niets betekent voor de leerlingen (A. M. Cavallo, 1996; Marbach-Ad, 2001; Novak, 1988). Losstaande problemen kunnen worden opgelost, maar complexere problemen waarin verbanden worden gevraagd kunnen dan vaak niet worden opgelost (Allen, 1987; J. Stewart & Dale, 1989; Wynne et al., 2001). De oorzaken van de moeilijkheid van genetica die in de vorige alinea worden beschreven staan hier dus niet los van. De moeilijkheid van het denken tussen de verschillende organisatieniveaus wordt gekoppeld aan het geen verbanden leggen tussen verschillende genetische concepten (Halldén, 1988; M.-C. P. J. Knippels, 2002; Marbach-Ad & Stavy, 2000). Complexiteit speelt ook een rol in de moeilijkheid van het maken van koppelingen tussen genetische concepten. Leerlingen ervaren de vele begrippen en termen als lastig. Vaak zijn ze wel bekend met de begrippen, maar weten ze niet helemaal wat deze begrippen betekenen (Thörne, et al., 2013). Dit kan bijdragen aan de moeilijkheid van het leggen van verbanden (M.-C. P. Knippels et al., 2005) De kansrekeningen van de Mendeliaanse genetica dragen ook bij aan de complexiteit van genetica. Doordat leerlingen kansrekeningen op zichzelf al als lastig ervaren, is het moeilijk om dit toe te passen op een biologisch concept (Dogru-Atay & Tekkaya, 2008; C. P. Knippels et al., 2005; M.-C. P. J. Knippels, 2002). Daarnaast zijn andere, algemenere, factoren ook van belang bij het begrijpen en leggen van verbanden tussen verschillende concepten, zoals motivatie, interesse, en tijd (A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994; Hoy, et al., 2007).
Uit onderzoek zijn een aantal verbanden naar voren gekomen die niet of nauwelijks worden gelegd door de leerlingen zelf. De koppeling tussen erfelijkheid en celdeling wordt amper gemaakt (Lewis & Wood-Robinson, 2000; Saka et al., 2006). Daarnaast vinden leerlingen het moeilijk om de koppeling tussen erfelijkheid en evolutie te leggen (Banet & Ayuso, 2003; Dauer, et al., 2013).
6
4. Empirische verkenning van het probleem
Om het probleem te verkennen op mijn stageschool heb ik een hard-op-denken opgave gedaan met 4 6V leerlingen. Een hard-op-denken opgave zorgt ervoor dat het denkproces van de leerlingen duidelijk wordt (Muth, 1993). Op deze manier wordt duidelijk of de leerlingen relaties leggen tussen biologische processen binnen de genetica, zoals tussen meiose en erfelijkheid en tussen mitose/meiose en evolutie (Bahar, et al., 1999; Topcu & Sahin-Pekmez, 2009). De opgave werd 1-op-1 afgenomen. Deze leerlingen hebben biologie gekozen en hebben dus alle stof gehad die nodig zou zijn om de hard-op-denken opgave te kunnen doen. De opgave bestond uit 6 vragen, waarbij de eerste 3 vragen over meiose en erfelijkheid gingen en de laatste 3 vragen over mitose/meiose en evolutie. De vragen zijn zo opgebouwd dat er eerst een kennisvraag is. Deze kennis moet er zijn om verbanden te kunnen leggen. Daarna wordt er gevraagd naar de biologische associaties die de leerlingen hebben met de voorgaande kennisvraag. In de laatste vraag staan de biologische processen naast elkaar en wordt er gevraagd naar de associaties van de leerlingen tussen deze 2 processen. De 6 vragen stonden ieder op een apart blad. De leerlingen kregen de instructie om hard op te denken en dat ze geen inhoudelijke vragen aan mij mochten stellen. Ook mochten ze pas verder naar de volgende vraag wanneer ze klaar waren met de vraag ervoor. Hieronder wordt per vraag een aantal fragmenten besproken. De hele uitgetypte opnames zijn terug te vinden in de bijlage (Bijlage 14.1).
Vraag 1: Los onderstaand schema op.
Alle 4 de leerlingen konden dit schema redelijk gemakkelijk oplossen. Voor deze vraag hebben de leerlingen kennis nodig van erfelijkheid, zoals ook leerling 2 laat zien:
“Oke, het eerste waar ik aan denk is uuuh biologie 4e klas uuh en dat het uuh eigenlijk heel makkelijk is. Ik begin altijd verticaal dus a en grote A en een kleine a is een grote A en een kleine a. Dat is logisch want hoofdletter eerst. Dan volgens daaronder hetzelfde want je hebt weer een kleine a. Dan ga ik verder uuhm, naar rechts toe. Kleine a kleine a 2 keer kleine a dus ook weer 2 keer kleine a. Ik begin dan meteen uit te rekenen ooh 50 procent kans op grote A en een kleine a en 50 procent kans op een kleine a en een kleine a. Mag ik nu gewoon door?”
Vraag 2: Aan welke biologische processen denk je bij het zien en oplossen van dit schema?
Deze vraag achterhaalt welke associaties de leerlingen hebben bij het oplossen van het schema. De informatie die in dit schema zit, komt uit meiose. De leerlingen zien het oplossen van dit schema als iets dat losstaat van meiose, zoals blijkt uit deze fragmenten:
Leerling 4: “Aan welke biologische processen denk je aan bij het zien en oplossen van dit schema. Dus aan genen en recessief en dominant. Ja dat.”
Leerling 2: “Aan welke biologische processen denk je denk je bij het zien en oplossen van dit schema? Uuuhm ik denk vooral gewoon aan oogkleur en genen uuuuuh aan aan die konijntjes vachtkleur van
7 konijntjes want daar hebben we toen ook veel mee geoefend toen we dat hadden. Ja en verder eigenlijk niet zo veel. Gewoon genetische bepalingen.”
Vraag 3: Waar denk je aan bij meiose en erfelijkheid?
Bij deze vraag worden de 2 biologische processen naast elkaar gezet. Bij meiose wordt het erfelijk materiaal zo verdeeld dat er in het schema een grote A en een kleine a te zien zijn. Ook hier hebben de leerlingen moeite met het zien van de koppeling tussen deze 2 processen:
Leerling 4: “Waar denk je aan bij meiose en erfelijkheid volgens jou? Uhm bij meiose moet ik meteen denken aan mn binas en gewoon celdeling met dochtercellen en moedercellen. En erfelijkheid ook meteen aan genen en chromosomen. Die ja. En ook nu met biologie de aminozuren.”
Een enkeling maakt wel een kleine stap naar die koppeling toe, maar geeft niet duidelijk aan hoe die koppeling dan in elkaar zit:
Leerling 3: “Uhm. Bij mitose mitose en meiose en meiose is de 2e . De 2e ding van erfelijkheid, dus dat is dat je ook bij de voortplanting in geslachtscellen. Ja. En nou dan denk ik aan ja ook wel afwijkingen omdat je je hoort ook best wel vaak bij biologie dat het soms fout gaat en dan heb je geslachtscellen waardoor het hele kind niet echt lukt. En uhm daarin heb je ook recessieve en dominant. Ja.”
Vraag 4: Wat voor rol hebben mutaties in evolutie?
Om deze vraag op te lossen hebben leerlingen voldoende kennis van evolutie nodig. Een leerling verwoorden het alsof genen zich aanpassen aan de omgeving, zoals leerling 2:
“Wat voor rol hebben mutaties in evolutie volgens jou? Uuuhm ja die zorgen er natuurlijk voor dat je uuuhm survival of the fittest zoiets, nou niet per se dat, maar wel dat je dieren en mensen doordat ze in bepaalde milieus heel langzaam blootgesteld dat hun genen zich dan aanpassen zodat we in dat milieu kunnen thriven. Het beste uitkomen ofzo. Dus uuuuuhm mutaties die zorgen voor volgens mij voor die evolutie. En ik denk aan Charles Darwin. En aan die getekende diertjes, weet je wel. Soort van 1700 achtig tekeningen.”
Het is zo dat mutaties gebeuren, ongeacht van de omgeving. Een mutatie kan negatief of positief uitpakken voor het organisme en uiteindelijk voor de populatie, zoals leerling 1 aangeeft:
“Wat voor rol hebben mutaties in evolutie volgens jou? Mutaties kunnen uuuh zorgen voor uuh verschillen in DNA, verschillen ja. Wat positief of negatief kan uitpakken. In DNA wat positief of negatief kan zijn. Oke, nou niet heel gedetailleerd maar oke.”
Vraag 5: Aan welke biologische processen denk je bij het horen van de begrippen mutaties en evolutie? De vraag probeert te achterhalen welke associaties de leerlingen hebben bij het horen van deze 2 begrippen. Mutaties ontstaan in het DNA. Wanneer dit in een cel gebeurt die niet wordt doorgegeven aan de nakomeling, heeft dit vaak geen effect op de evolutie. Alleen via mitose kan deze mutatie worden doorgegeven aan andere cellen binnen hetzelfde organisme. Maar wanneer er een mutatie ontstaat in een geslachtscel, kan die wel worden doorgegeven aan de nakomelingen, via meiose en voortplanting. Het leggen van het verband tussen mitose/meiose en evolutie op deze manier vinden de leerlingen lastig, zoals ook leerling 2 aangeeft:
“Welke biologische processen denk je bij het horen van de begrippen mutaties en evolutie? Biologische processen. Uuuhm. Ja, dat je dus je een soort van verbeterd als soort of als maatschappij of als milieu ofzo. Ja, ik weet niet. Ik krijg niet heel veel associaties. Beetje blank. En weer Charles Darwin. Dus, nou.”
8 Leerling 4 maakt wel associaties, maar met andere biologische processen:
“Aan welke biologische processen denk jij bij het horen van de begrippen mutaties en evolutie? Ooh, nou ja. Uhm, mutaties en evolutie. Nou aan dat Darwin experiment en biologisch proces van trial and error en dat genen uit elkaar dat die worden geknipt door mRNA en DNA dat vooral bij mutaties en bij evolutie het gevolg van die mutaties, dus aan de buitenkant of gewoon niet meer op moleculair niveau maar gewoon dat je met je oog kan zien.”
Als deze leerling dan vraag 6 ( Waar denk je aan bij mitose/meiose en evolutie?) beantwoordt, wordt er wel een goede stap richting de koppeling gemaakt. De leerling maakt wel geen onderscheid tussen mitose en meiose, waardoor het toch onduidelijk blijft:
“En waar denk je aan bij mitose en meiose en evolutie? Uhm, Nou doordat er 1 cel is gemuteerd en dat kan maar 1 cel zijn maar door mitose en meiose worden die dat meer cellen waardoor komt daar uiteindelijk een verandering in gen en zorgt dat ervoor dat er een evolutie kan plaatsvinden denk ik.” Andere leerlingen denken dat er wel een koppeling is, maar weten niet hoe deze in elkaar zit:
Leerling 1: “Waar denk je aan bij mitose/meiose en evolutie? Ja weet ik veel. Mitose is celdeling van uuuhm, een organisme uuh van een organisme. En meiose en meiose zorgt voor uuuuhm de celdeling van uuuhm geslachtscellen. Uhm, zij zorgen ervoor dat ja nee, ze zorgen er niet voor evolutie, nou ook weer wel. Ik vind het lastig. Evolutie geslachtscellen uuuuuhhhhh. Samen zijn ze een onderdeel van evolutie. Ik maak er dat dan wel van. Ik weet niet wat ik er meer van kan maken. Is dat alles?”
Leerling 2: “Waar denk je aan bij mitose en meiose en evolutie? Nou bij mitose en meiose wordt volgens DNA dus ook soort van gescheiden dus misschien vindt er binnen mitose en meiose dus ook die mutaties plaats. Weet ik niet zeker, maar daar zou ik me iets voor kunnen stellen. Dus dat evolutie plaats kan vinden doordat mitose en meiose bestaan en we daar misschien onwetend verandering in brengen door voort te planten met mensen die wij willen ofzo.”
Uit deze hard-op-denken opgave blijkt dat de leerlingen niet of nauwelijks de koppeling tussen meiose en erfelijkheid maken. De leerlingen hebben deze stof wel behandeld in de 4e klas en daarna
teruggezien in de 5e en 6e klas. De antwoorden die de leerlingen geven op vraag 3 (de koppeling tussen
meiose en erfelijkheid) komen overeen met antwoorden in andere onderzoeken waar ook de associaties worden gevraagd tussen meiose en erfelijk (vooral naar het oplossen van het schema) (Bahar, Johnstone, & Hansell, 1999; A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994; Topcu & Sahin-Pekmez, 2009). Uit de antwoorden van de leerlingen op opgave 6 (de koppeling tussen mitose/meiose en evolutie) blijkt dat de leerlingen wel weten dat er een koppeling is, maar weten niet hoe die koppeling precies in elkaar zit of ze kunnen dat niet goed verwoorden.
Uiteindelijk is het van belang dat leerlingen verbanden kunnen leggen tussen deze genetische concepten. Daarom is het ook belangrijk dat deze verbanden terugkomen in de les waarbij er aandacht wordt besteed aan het maken van deze koppelingen. Steeds meer komen deze concepten terug in het dagelijks leven, zoals in het nieuws, maar ook op andere manieren. Erfelijkheid is van belang wanneer er mogelijk erfelijke ziektes een rol kunnen spelen bij het krijgen van kinderen. De laatste tijd is er ook veel discussie rond genetische modificatie, waar ook veel misinformatie in voorkomt. Een goed begrip van de verbanden van deze concepten is dus belangrijk om goed met wetenschappelijk nieuws om te gaan en voor eventuele verdere opleidingen (Lewis & Wood-Robinson, 2000; Marbach-Ad, 2001; Saka et al., 2006).
9
5. Theoretische verkenning van oplossingen
Een van de mogelijke oorzaken waardoor het probleem dat leerlingen koppelingen tussen bepaalde biologische processen niet maken, is het feit dat, omdat ze het ervaren als een lastig onderwerp, de stof uit het hoofd leren (A. L. Cavallo, 1992; A. M. Cavallo, 1996; A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994). Dit is ook terug te zien in de antwoorden van de leerlingen in de empirische verkenning. Bijvoorbeeld het antwoord van leerling 4 op vraag 3: Meiose is celdeling en erfelijkheid heeft te maken met genen. Vaak worden deze processen uit het hoofd geleerd, dus de afzonderlijke betekenis is vaak bekend, maar het verband tussen de 2 processen is voor de leerlingen dan onduidelijk. Door de stof uit het hoofd te leren, zal de stof niet veel betekenen voor de leerlingen. Een mogelijke oplossing wordt gegeven aan de hand van betekenisvol leren (meaningful learning orientation) (A. L. Cavallo, 1992; A. M. Cavallo, 1996; A. M. L. Cavallo & Schafer, 1994). Betekenisvol leren gebeurt wanneer de leerlingen kennis en begrip opbouwen (Mayer, 2002). Bij betekenisvol leren wordt onderscheid gemaakt tussen onthouden (remembering) en begrijpen (understanding). Het begrijpen is belangrijk in het leggen van verbanden. Een betekenisvol begrip van meiose draagt bij aan het conceptueel begrijpen van erfelijkheid (Banet & Ayuso, 2000; Thomson & Stewart, 1985). Wanneer er alleen maar onthouden plaatsvindt, kan dit negatieve gevolgen hebben op het leggen van verbanden (A. M. Cavallo, 1996; Mayer, 2002). Betekenisvol leren kan tot stand komen door middel van de stof iets te laten betekenen voor de leerlingen door, bijvoorbeeld, de stof te verbinden met het dagelijks leven van de leerlingen. Ook is belangrijk dat leerlingen actief bezig zijn met de stof, waardoor ze er ook zelf betekenis aan kunnen geven en de nieuwe kennis kunnen toepassen (Dogru-Atay & Tekkaya, 2008; Hoy et al., 2007). Constructivistische leer-ideeën proberen ongeveer hetzelfde te bereiken, waarbij belangrijk is dat leerlingen betekenis proberen te geven aan de ervaringen die ze opdoen (Mayer, 2002).
Een andere oplossing, die dichtbij de vorige oplossing staat, is de leercyclus (learner cycle) (A. M. Cavallo, 1996; Dogru-Atay & Tekkaya, 2008). De leercyclus is een manier van lesgeven die er voor kan zorgen dat de complexiteit van genetica, en ook andere wetenschappelijke onderwerpen, zo wordt verdeeld dat het voor leerlingen begrijpbaar is (Dogru-Atay & Tekkaya, 2008; Marek, 2008; Marek, et al., 1999). De leercyclus bestaat uit 3 fases: het ontdekken van een nieuw wetenschappelijk concept, het introduceren van het wetenschappelijke concept, en de toepassing van het wetenschappelijk concept (Dogru-Atay & Tekkaya, 2008; Karplus & Butts, 1977). Doordat de leerlingen in de eerste fase concrete voorbeelden krijgen en de tijd krijgen om hier hun eigen ervaringen aan te koppelen, kunnen ze er betekenis aan geven, nog voordat ze precies weten hoe het onderwerp precies in elkaar zit. De docent introduceert daarna het wetenschappelijke concept met meer diepgang. Daarna kan de docent de persoonlijke ervaringen van de leerlingen nog expliciet koppelen aan het wetenschappelijke concept. In de derde fase passen de leerlingen de kennis van het wetenschappelijke onderwerp toe op nieuwe problemen (Colburn & Clough, 1997; Settlage, 2000). Dit hangt nauw samen met de vorige oplossing, aangezien in beide gevallen betekenis wordt gegeven aan de leerlingen (of de leerlingen creëren zelf deze betekenis) en de nieuwe kennis wordt toegepast op nieuwe problemen.
Genetica wordt door veel leerlingen als abstract ervaren, waarbij ze vaak geen voorstellingen kunnen maken over hoe bepaalde processen werken of uitzien. Het is dan belangrijk dat bepaalde processen gevisualiseerd worden. Afbeeldingen en filmpjes moeten dan betekenisvol geïnterpreteerd worden, zodat leerlingen dit proces begrijpen (Domis-Hoos, et al., 2012). Wanneer leerlingen betekenis kunnen geven aan een biologisch proces, kunnen ze ook beter verbanden leggen tussen verschillende biologische processen (Mayer, 2002). Dit betekenisvol interpreteren, ook wel visual literacy genoemd, moet voor elk type en soort afbeelding opnieuw geleerd worden (Takayama, 2005). Naast afbeeldingen en filmpjes dragen ook het zelf maken van modellen of filmpjes bij aan het begrip van
10 leerlingen (Gilbert, 2005). Er zijn al verschillende werkvormen waarbij leerlingen zelf een model van DNA moeten maken of het proces van mitose en meiose moeten uitbeelden (Patrick, et al., 2005; Venville & Donovan, 2008). Daarnaast bestaat er ook een strategie die mitose, meiose, en het oplossen van kruisingsschema’s aan elkaar koppelt. Deze strategie wordt de Bajema strategie genoemd (Mertens, 1992). Met deze werkvorm maken de leerlingen een reconstructie van mitose, meiose en voeren daarmee ook een kruisingsschema in.
Een andere oplossing kijkt naar de moeilijkheid die leerlingen ervaren bij het denken tussen verschillende organisatieniveaus. Ook hier gaat het om de leerstof betekenisvoller te maken (M.-C. P. Knippels et al., 2005; M.-C. P. J. Knippels, 2002). Een manier waarop dit gedaan kan worden is de ‘jo-jo onderwijsleerstrategie’ (M.-C. P. Knippels et al., 2005; M.-C. P. J. Knippels, 2002). In deze leerstrategie worden verschillende organisatieniveaus gebruikt om een bredere vraag op te lossen. Deze bredere vraag kan worden opgedeeld in kleinere deelvragen, waarbij de leerlingen, bijvoorbeeld, afdalen van het organismeniveau naar het celniveau. In deze situatie moeten leerlingen sommige begrippen die van toepassing zijn op het celniveau gebruiken om problemen op te lossen op organismeniveau. Belangrijk is dat er altijd begonnen wordt op een niveau dat voor leerlingen bekend is en waar ze zich iets bij voor kunnen stellen (Banet & Ayuso, 2000; M.-C. P. Knippels et al., 2005; Marbach-Ad & Stavy, 2000). Een belangrijk aspect is dat verbanden tussen deze niveaus, bijvoorbeeld het verband tussen meiose (celniveau) en voortplanting (organismeniveau/populatieniveau), expliciet moeten worden gemaakt, terwijl nu nog vaak gedacht wordt dat deze verbanden al gelegd worden door de leerlingen zelf (M.-C. P. Knippels et al., 2005; M.-C. P. J. Knippels, 2002). Daarnaast is het van belang dat leerlingen ook actief bezig zijn om deze verbanden te leggen, naast dat ze expliciet in de les worden behandeld (Banet & Ayuso, 2000; M.-C. P. Knippels et al., 2005).
Andere oplossingen worden al toegepast in de genetica, zoals het maken van opgaven na herhalingen van de stof (Allen, 1986). Alhoewel dit al wordt toegepast, zijn er nog verbeteringen mogelijk. Zo kan er bijvoorbeeld ook gekeken worden naar het probleemoplossend vermogen van de leerlingen om bepaalde opgaves waarin biologische verbanden worden gevraagd, op te lossen. Wanneer er expliciet aandacht wordt besteed aan hoe een dergelijke genetische opgave moet worden opgelost en duidelijk wordt gemaakt aan de leerlingen wat er van ze verwacht wordt bij een bepaald type opgave, stijgt de score op dit soort type opgaves (Allen, 1986; Statkiewicz & Allen, 1983). Om expliciet aandacht te besteden aan hoe leerlingen een opgave oplossen waarin verbanden tussen bepaalde biologische processen gevraag wordt, moet dit verband natuurlijk wel expliciet zijn behandeld in de les (Banet & Ayuso, 2000; J. Stewart & Dale, 1990; Tolman, 1982).
Een beredeneerde keuze te maken uit deze oplossingen is lastig, aangezien iedere oplossing zijn voor- en nadelen heeft. Uiteindelijk heb ik besloten om een aantal aspecten van verschillende oplossingen samen te nemen om een eigen oplossing te maken. Deze oplossing bestaat uit een lessenserie waarin de leerlingen wordt uitgelegd wat mitose, meiose, en erfelijkheid inhoudt. Hierin worden verbanden tussen biologische processen expliciet gemaakt (Banet & Ayuso, 2000; M.-C. P. Knippels et al., 2005; M.-C. P. J. Knippels, 2002) (ontwerpregel 1). Ook zullen de leerlingen deze kennis moeten toepassen in een nieuwe situatie, waarin ze mitose en meiose visualiseren door middel van een klei en stopmotion opdracht (Mayer, 2002; Takayama, 2005; Venville & Donovan, 2008). Tijdens deze opdracht zullen ook verbanden naar erfelijkheid en evolutie expliciet en zichtbaar worden (ontwerpregel 2) In deze opdracht zullen de leerlingen een klei-opdracht uitvoeren waarin ze mitose en meiose uitbeelden. In deze klei brengen ze met behulp van post-its genen aan. Deze allelen kunnen muteren of door crossing-over van chromatide wisselen. Uiteindelijk zullen de leerlingen 4 dochtercellen maken via meiose die ze dan kunnen gebruiken voor het maken van baby’s. Deze baby’s ontstaan door samen te werken en een kruisingsschema op te stellen. Betekenisvol speelt ook een
11 belangrijke rol in deze opdracht, waarbij concrete voorbeelden worden gekoppeld aan de stof tijdens de les en de leerlingen eigenaarschap creëren tijdens het maken van de opdracht (Banet & Ayuso, 2000; M.-C. P. Knippels et al., 2005) (ontwerpregel 3). Omwille van praktische redenen zullen de leerlingen in groepjes werken. Om ervoor te zorgen dat iedereen actief bezig is met de werkvorm, is er een rolverdeling. Door gebruik te maken van een rolverdeling zal er betrokkenheid bij de werkvorm zijn van alle leerlingen. Dit wordt ook wel positieve wederzijdse afhankelijkheid genoemd. Positieve wederzijdse afhankelijkheid zorgt ervoor dat er inzet nodig is van alle groepsleden om de opgave af te maken (Ebbens & Ettekoven, 2016) (ontwerpregel 4).
De metingen worden met behulp van concept maps en interviews gedaan. Concept maps zijn meetinstrumenten die koppelingen tussen biologische concepten kunnen meten (Dauer et al., 2013; Marbach-Ad, 2001). In deze concept maps kunnen leerlingen aangeven welke koppelingen zij zien tussen meiose en erfelijkheid en tussen meiose en evolutie. De leerlingen kunnen ook tekst bij de koppeling schrijven, zodat ze ook een uitleg erbij kunnen geven. Dit geeft een beeld over de kwaliteit van de koppeling. Om nog een sterker beeld te geven van deze kwaliteit, kunnen leerlingen geïnterviewd worden met dezelfde vragen als tijdens de empirische verkenning.
6. Ontwerphypothese en Ontwerpregels
Uit bovenstaande probleembeschrijving ontstaat de volgende ontwerphypothese:
Als ik het probleem van koppeling tussen meiose en erfelijkheid (x1), en mitose/meiose en evolutie (x2) aanpak door middel van visualisatie in de vorm van een activerende werkvorm waarbij de leerlingen de celdeling in stopmotion weergeven met behulp van klei en ook de meiose met allelen aangeven in de klei, en door middel van concrete voorbeelden in de les, dan verwacht ik dat de leerlingen bij de nameting (het maken van een concept map) meer koppelingen tussen meiose en erfelijkheid (y1) en meer koppelingen tussen mitose/meiose en evolutie (y2) zullen leggen.
Hierbij wordt aangenomen dat de koppelingen biologisch juist zijn.
Om deze koppeling tussen meiose en erfelijkheid en de koppeling tussen mitose/meiose en evolutie te realiseren, moet er voldaan worden aan de volgende eisen:
1. Koppelingen concreet en expliciet maken. Gedurende de lessenserie wordt stilgestaan bij verschillende “koppelmomenten” waarbij aandacht wordt besteed aan de koppelingen tussen meiose en erfelijkheid en tussen mitose/meiose en evolutie. De leerlingen geven aan op wat voor manier ze al te maken hebben gehad met erfelijkheid. Dit wordt daarna gekoppeld aan de stof. Hierdoor wordt de stof betekenisvoller voor de leerlingen. Dit is een belangrijke stap in het leggen van verbanden tussen 2 biologische processen (Banet & Ayuso, 2000; M.-C. P. Knippels et al., 2005).
2. Door middel van de werkvorm moeten leerlingen visueel de koppeling kunnen maken tussen meiose en erfelijkheid en mitose/meiose en evolutie. Door het toepassen van de kennis van de leerlingen op deze opdracht, wordt de koppeling tussen meiose en erfelijkheid en de koppeling tussen mitose/meiose en evolutie minder abstract. Dit draagt bij aan een beter begrip van de biologische processen de koppelingen daartussen (Gilbert, 2005; Mayer, 2002; Takayama, 2005).
3. Eigenaarschap creëren. Door gebruik te maken van “eigen baby’s” zal de werkvorm ook een stukje eigenaarschap creëren voor de leerlingen. Leerlingen zullen tijdens de werkvorm
12 genetische informatie uitdelen om zo voortplanting na te bootsen. Hierdoor maken ze hun “eigen baby’s”. Dit zal ervoor zorgen dat de opgave betekenisvoller wordt (Banet & Ayuso, 2000; Ferguson, 2011; M.-C. P. Knippels et al., 2005).
4. Tijdens de werkvorm moet ervoor gezorgd worden dat alle leerlingen betrokken zijn bij de activiteit. Door gebruik te maken van een rolverdeling zal er betrokkenheid bij de werkvorm zijn van alle leerlingen. Dit wordt ook wel positieve wederzijdse afhankelijkheid genoemd. Positieve wederzijdse afhankelijkheid zorgt ervoor dat er inzet nodig is van alle groepsleden (Ebbens & Ettekoven, 2016).
7. Onderzoeksplan
In dit onderzoek wordt er een voor- en nameting gedaan in 1 4VWO klas. Er is een parallelklas, maar het is niet mogelijk om hier een meting te doen in de periode dat het onderzoek gaat plaatsvinden. De klas bestaat uit 28 leerlingen, waarvan er 15 jongens zijn en 13 meisjes. Afgelopen periode had de klas 2 uur per week biologie, in deze periode is dat 3 uur per week.
In deze klas wordt gekeken wat het effect is van een lessenserie op het maken van koppelingen tussen meiose en erfelijkheid en tussen mitose/meiose en evolutie door de leerlingen. De lessenserie zal bestaan uit 4-5 lessen, afhankelijk van het verloop tijdens de lessen. De voormeting zal plaatsvinden in de 1e les waarin leerlingen kennis maken met mitose en meiose. De voormeting bestaat uit het
individueel maken van een conceptmap waarbij leerlingen zelf verbindingen moeten maken tussen mitose/meiose en erfelijkheid en evolutie. De woorden “mitose/meiose” zullen in het midden staan. Hiervandaan zullen de leerlingen verbindingen moeten maken. Aan de rechterkant zal “evolutie” staan, en aan de linkerkant “erfelijkheid”. Het aantal goede verbindingen door de leerlingen wordt dan geteld en vergeleken met een concept map die gemaakt wordt door mij en mijn werkplekbegeleider. Doordat de concept map gemaakt wordt door 2 personen, zal de kans dat we een koppeling missen verkleinen en de betrouwbaarheid stijgen. Daarnaast zijn concept maps goede meetinstrumenten om koppelingen te meten tussen biologische processen (Dauer et al., 2013; Marbach-Ad, 2001). Uit het totaal van goede verbindingen van alle leerlingen wordt een gemiddelde berekend. Of een verbinding goed is, hangt af van de uitleg van de leerlingen die bij de verbinding wordt geschreven. Er wordt apart gekeken naar het aantal verbindingen die leerlingen maken vanuit mitose/meiose naar erfelijkheid (x1) en naar het aantal verbindingen die leerlingen maken vanuit mitose/meiose naar evolutie (x2). De nameting zal plaatsvinden in de laatste les van de lessenserie. In de nameting zullen leerlingen opnieuw zelfstandig een conceptmap moeten maken, net zoals bij de voormeting. De leerlingen hebben geen feedback gekregen op de conceptmap van de voormeting. Ook hier wordt het aantal goede verbindingen geteld en wordt er een gemiddelde berekend. Dit gemiddelde wordt vergeleken met het gemiddelde van de voormeting om zo tot een resultaat te komen. De gemiddeldes van het aantal koppelingen die leerlingen maken vanuit mitose/meiose naar erfelijkheid (y1) en vanuit mitose/meiose naar evolutie (y2) worden weer apart berekend en vergeleken met de voormeting.
13
8. Tijdsplanning en Uitwerking van de ontwerplessen
- Week 45: Vrijdag 08-11-19: Normale les over mitose. De leerlingen maken kennis met dit nieuwe proces. Eerst wordt mitose uitgelegd, dan in de volgende les meiose. Na de uitleg gaan de leerlingen kort aan de slag met opdrachten uit het boek (Nectar 4VWO, H2.5).
- Week 46: Woensdag 13-11-19: Normale les over meiose. De leerlingen maken kennis met dit nieuwe proces en gaan dit vergelijken met mitose. Na de uitleg gaan de leerlingen aan de slag met opdrachten uit het boek (Nectar 4VWO, H2.5 en H5). Tijdens het laatste gedeelte van de les maken de leerlingen de voormeting.
- Week 46: Donderdag 14-11-19: In deze les worden koppelingen vanuit mitose en meiose naar erfelijkheid en evolutie concreet en expliciet behandeld. De leerlingen vertellen over eigen ervaringen met erfelijkheid en deze worden gekoppeld aan mitose/meiose. Daarna geef ik concrete voorbeelden in de les van koppelingen naar erfelijkheid en evolutie. De leerlingen maken in deze les al groepjes voor de werkvorm die de leerlingen gaan doen in de komende 2 lessen. In deze les oefenen de leerlingen alvast met het kleien van chromosomen.
- Week 46: 15-11-19: In deze les krijgen de leerlingen eerst nog les over crossing-over en het effect van crossing-over op meiose en erfelijkheid aan de hand van een voorbeeld. Daarna gaan de leerlingen aan de slag met de werkvorm die staat beschreven op het opdrachtenblad. - Week 47: Woensdag 20-11-19: In deze les gaan de leerlingen verder met de werkvorm. De werkvorm houdt in dat de leerlingen mitose en meiose gaan uitbeelden door middel van het proces te kleien. Dit proces leggen ze vast door middel van een stopmotion filmpje. In de klei worden genen (bijvoorbeeld voor oogkleur of haarkleur) en mutaties aangeduid door middel van post-its. Deze genen en mutaties zijn belangrijk voor de koppeling naar erfelijkheid en evolutie. Wanneer de groepjes klaar zijn met het uitbeelden van de mitose en meiose, zullen ze genetische informatie gaan delen met een ander groepje, oftewel, ze gaan “eigen baby’s” maken. Dit is een belangrijk onderdeel in de koppeling van meiose naar erfelijkheid. Bepaalde mutaties kunnen ervoor zorgen dat bepaalde resultaten onverwacht zijn. Deze resultaten bespreken ze met het groepje.
- Week 47: Donderdag 21-11-19: In deze les gaan de leerlingen verder met de werkvorm. - Week 47: Vrijdag 22-11-19: In deze les maken de leerlingen de werkvorm af. Tijdens het laatste
gedeelte van de les voeren de leerlingen de nameting uit.
Feedback vanuit de sectie was vooral op praktische aspecten gericht. Zo was het handiger om een conceptmap te gebruiken om het aantal koppelingen te meten dan een toets vraag. Daarnaast was er ook feedback op de werkvorm zelf. Genen aangeven in klei door op de klei te krassen kan lastig zijn en kan na een tijdje onduidelijk worden. Post-its waren daarom een goede oplossing. Hierop kunnen leerlingen het allel op schrijven en kunnen ze deze op de klei plakken. In het onderzoekdesign zelf hebben we vooral samen gekeken naar de planning. In eerste instantie wilde ik een voor- en nameting doen in de interventieklas en in de parallelklas, maar dit was helaas niet mogelijk. Daarom is samen besloten om alleen in de interventieklas te meten. Het maken van “eigen baby’s” was een idee van mijn werkplekbegeleider. Samen hebben we dit in de werkvorm weten te verwerken.
14
9. Beschrijving en analyse van de uitvoering van de lessen en het
onderzoek
Tijdens de uitvoering van de lessen is het niet gelukt om de tijdsplanning volledig te volgen, omdat de leerlingen mitose en meiose als erg lastig ervaarden. De planning is daarom aangepast zodat de 1e les
werd opgesplitst in 2 lessen: de 1e les over mitose en de 2e les over meiose. De voormeting vond dan
ook plaats tijdens de 2e les, en niet tijdens de 1e les, zoals in eerste instantie gepland stond. De
leerlingen gaven zelf aan dat ze eerst mitose volledig wilden begrijpen voordat ze naar meiose konden overstappen, zodat ze de verschillen beter konden zien. Daarom denk ik ook dat deze nieuwe tijdsplanning een positief effect heeft gehad op de leerlingen en op het onderzoek. De leerlingen hadden meer tijd om mitose en meiose te begrijpen en waren dus beter voorbereid op het maken van de voormeting en op de interventie.
Tijdens de uitvoering van het onderzoek is dus de voormeting verplaatst naar de 2e les. Een aantal
leerlingen was ziek tijdens deze les, dus bij deze leerlingen is geen voormeting afgenomen. Tijdens het afnemen van de nameting waren ook een aantal leerlingen afwezig. De leerlingen waarbij alleen een voormeting of alleen een nameting afgenomen was, zijn niet meegenomen in het berekenen van een aantal gemiddeldes. Zo waren er bijvoorbeeld meer leerlingen bij de voormeting aanwezig dan bij de nameting. Om ervoor te zorgen dat het aantal leerlingen gelijk bleef over het onderzoek, zijn de leerlingen die niet aanwezig waren bij 1 van de metingen niet meegenomen bij het berekenen van het gemiddelde. Het feit dat een aantal leerlingen niet aanwezig was tijdens de lessen heeft een negatief effect op het onderzoek. De steekproefgrootte daalt, waardoor de waargenomen resultaten en significantie niveaus minder sterk zijn. Daarnaast heeft het een negatief effect op de leerlingen zelf. Ook heeft het een negatief effect op de voorbereiding van de leerlingen op de interventie. Wanneer de leerlingen in groepjes moeten werken met 1 of meerdere leerlingen die een les niet aanwezig waren, kan dat van invloed zijn op de kwaliteit van de uitvoering van de werkvorm. Dit kan dan weer een effect hebben op de leeropbrengst die de leerlingen uit deze werkvorm kunnen halen en op de het maken van de concept map tijdens de nameting.
Tijdens het uitvoeren van de voormeting op het einde van de 2e les was er nog maar een kwartier de
tijd voor de leerlingen om de concept map te maken. Dit is minder tijd dan in eerste instantie (25 minuten) was ingepland, dus dat kan van invloed zijn op de kwaliteit van de concept maps van de voormeting. Tijdens de nameting was er 25 minuten de tijd voor, waardoor de leerlingen dus langer de tijd hadden voor de concept maps van de nameting dan voor de concept maps van de voormeting. Normaal gezien zouden de leerlingen even lang de tijd moeten krijgen om de concept maps te maken tijdens de voormeting en de nameting, dus dit kan een negatief effect hebben op de betrouwbaarheid van de resultaten van de voor- en nameting en de verschillen hiertussen. Daarnaast kan het ook een effect hebben op de validiteit van de metingen. Het zou namelijk ook mogelijk zijn dat de metingen nu niet het effect van de interventie meten, maar het effect van het verschil in tijd om de concept map te maken.
Een andere aanpassing aan het onderzoeksplan was gemaakt om ervoor te zorgen dat er naast de resultaten van de concept maps ook een ander soort resultaat gemeten kon worden. Een les na de afname van de nameting heb ik 3 leerlingen vrijwillig apart geïnterviewd. Tijdens dit interview kregen de leerlingen dezelfde opdracht als de leerlingen van 6V die meededen aan het empirisch onderzoek. De geïnterviewde leerlingen moesten een hardop denken opdracht uitvoeren waarbij ze 6 vragen kregen die ze moesten oplossen en pas naar de volgende vraag mochten kijken wanneer ze antwoord gegeven hadden op de voorgaande vraag (of wanneer ze aangaven dat ze het antwoord niet wisten).
15 Deze vragen waren identiek aan de vragen die de 6V leerlingen moesten oplossen. De antwoorden van de 4V leerlingen konden dan vergeleken worden met die van de 6V leerlingen en konden gebruikt worden als ondersteuning van de kwaliteit van de gemaakte connecties op de concept maps.
10.
Resultaten
In dit effectonderzoek wordt onderzocht of de leerlingen meer connecties leggen tussen meiose en erfelijkheid en tussen meiose en evolutie na het expliciet behandelen van de connecties en een visualiserende werkvorm. Dit wordt gemeten aan de hand van een concept map waarin de leerlingen verbindingen maken vanuit meiose naar erfelijkheid en evolutie. Uit deze concept map kunnen 6 variabelen gehaald worden: het aantal connecties tussen meiose, erfelijkheid, en evolutie; het aantal goede connecties tussen meiose, erfelijkheid, en evolutie; het aantal connecties tussen meiose en evolutie; het aantal goede connecties tussen meiose en evolutie; het aantal connecties tussen meiose en erfelijkheid; en het aantal goede connecties tussen meiose en erfelijkheid. Deze 6 variabelen zijn zowel gemeten bij de voormeting als bij de nameting. Per leerling zijn er dus 12 variabelen in totaal. Van elk van deze variabelen zijn gemiddeldes berekend. De gemiddelde waarde van de voormeting kan daardoor telkens vergeleken worden met de gemiddelde waarde van de nameting. Eerst worden deze gemiddelde waardes behandeld, daarna zal de nadruk liggen op de individuele leerlingen. Vervolgens worden de connecties ook op kwaliteitsniveau beschreven en worden de resultaten van de hardop-denken opgave behandeld.
10.1
Gemiddelde waardes
Bij het berekenen van de gemiddelde waardes zijn leerlingen weggelaten wanneer ze bij een van de twee metingen niet aanwezig waren. In totaal waren er 22 leerlingen die aanwezig waren bij zowel de voormeting als bij de nameting. Om te berekenen of er significante verschillen waren tussen de voormeting en de nameting werd een Wilcoxon-toets (Mann-Whitney toets) uitgevoerd in R (R Core Team, 2014). Een normale T-test kon niet uitgevoerd worden, omdat de steekproefgrootte niet voldoende was (niet groter dan 30) om een valide waarde hieruit te krijgen.
16
Figuur 1: De gemiddelde waardes van de variabelen gemeten tijdens de voormeting en de nameting. De gemiddelde waardes zijn berekend
met het aantal leerlingen dat bij beide metingen aanwezig was (n=22). Het aantal connecties is altijd tussen meiose en erfelijkheid en/of evolutie. De blauwe kleur geeft de gemiddelde waardes van de voormeting aan en de oranje kleur geeft de gemiddelde waardes van de nameting weer. Significantie is weergegeven boven de balken door middel van sterren. (Wilcoxon-toets. *** = p ≤ 0.001; ** = p ≤ 0.01).
Bij alle variabelen is een significante stijging waargenomen tijdens de nameting vergeleken met de voormeting (Figuur 1). Het verschil in gemiddeld aantal connecties tussen meiose en evolutie in de voormeting vergeleken met de nameting is minder significant vergeleken met de andere verschillen (p-waarde ≤ 0.01 vergelen met p-waarde ≤ 0.001, respectievelijk). Ook is te zien dat het gemiddeld aantal connecties tussen meiose en evolutie en het gemiddeld aantal goede connecties tussen meiose en evolutie minder is dan het gemiddeld aantal connecties tussen meiose en erfelijkheid en het gemiddeld aantal goede connecties tussen meiose en erfelijkheid.
17
10.2
Individuele waardes
Gemiddelde waardes geven weer hoe de klas op de interventie heeft gereageerd, maar informatie over hoe individuele leerlingen op de interventie hebben gereageerd, is ook belangrijk. Op deze manier kan ook naar de kwaliteit van de connecties gekeken worden. In de bijlagen staan de resultaten van alle leerlingen (Bijlage 14.5). Hieronder worden alleen bepaalde leerlingen uitgelicht op basis van afwijkingen van het de gemiddelde waardes en de verschillen.
Figuur 2: Individuele waardes van leerling 3, 4, en 16 per variabele. De waardes zijn geteld in de gemaakte concept maps tijdens de
voormeting en de nameting.
Bij vrijwel iedere leerling is het aantal connecties vanuit meiose naar evolutie en erfelijkheid en het aantal goede connecties vanuit meiose naar evolutie en erfelijkheid gestegen in de nameting vergeleken met de voormeting. Bij een aantal leerlingen is het aantal connecties hetzelfde gebleven of gedaald, maar het aantal goede connecties vanuit meiose naar evolutie en erfelijkheid is dan wel gestegen (leerling 3) of hetzelfde gebleven (leerling 4) tijdens de nameting vergeleken met de voormeting (Figuur 2). Bij een enkeling is het aantal goede connecties vanuit meiose naar erfelijkheid en evolutie gedaald, terwijl het aantal connecties gestegen was (leerling 16).
Deze trend zet zich ook door bij de andere variabelen. Bij vrijwel alle leerlingen zijn het aantal connecties vanuit meiose naar evolutie en het aantal goede connecties vanuit meiose naar evolutie gestegen. Bij een enkeling daalt het aantal goede connecties vanuit meiose naar evolutie tijdens de nameting vergeleken met de voormeting (Figuur 2, leerling 16). Het aantal connecties vanuit meiose naar erfelijkheid en het aantal goede connecties vanuit meiose naar erfelijkheid is ook gestegen bij vrijwel iedere leerling. Bij enkele leerlingen is het aantal goede connecties gelijk gebleven, terwijl er meer connecties vanuit meiose naar erfelijkheid zijn gemaakt (leerling 4).
Daarnaast werd er ook nog naar de kwaliteit van de connecties gekeken door de inhoud die bij de connectie geschreven stond, te beoordelen. Dit werd door mij en een collega van de andere 4V klas gedaan.
De kwaliteit van de connecties is in de nameting hoger dan in de voormeting. De beschrijvingen zijn uitgebreider en zijn vaker correct. Ook was de beschrijving bij de connectie duidelijker. Daarnaast
18 waren er meer tussenstappen tussen connecties gemaakt, waarin meer uitleg gegeven werd over die connectie (Figuur 3 en bijlage 14.6 A en B). In sommige gevallen werden er niet veel connecties gemaakt, maar werd wel elke connectie met een goede, duidelijke uitleg voorzien (Bijlage 14.6 C en D).
Figuur 3: De conceptmap van een leerling tijdens de voormeting (A) en de nameting (B). A: De concept map van de voormeting. Hier worden
er per stap een paar woorden opgeschreven. B: De concept map van de nameting. Hier worden er per stap meer woorden gebruikt dan bij de voormeting. Ook is het aantal stappen groter en is het duidelijker hoe de leerling de koppeling tussen mitose/meiose en evolutie en erfelijkheid ziet. De uitleg over evolutie (het laatste rondje linksboven, Zo kan dan beter worden aangepast aan de omgeving, is niet helemaal juist).
A
19 Ook werden een aantal leerlingen geïnterviewd, zodat ook op deze manier de kwaliteit van de connecties kon worden gemeten. Eerst wordt kort besproken wat de resultaten waren van de leerlingen die de hardop-denken opdracht hebben uitgevoerd.
Figuur 4: Individuele waardes van leerling 5, 18, en 24. De waardes zijn geteld in de gemaakte concept maps tijdens de voormeting en de
nameting.
Leerling 18 en 24 hebben ongeveer dezelfde trend in de waargenomen resultaten (Figuur 4). Iedere variabele is hoger in de nameting dan in de voormeting. Het aantal connecties vanuit meiose naar evolutie vergeleken met het aantal connecties vanuit meiose naar erfelijkheid is hoger. Dit is andersom vergeleken met de gemiddelde waardes (Figuur 1). Leerling 5 laat eenzelfde trend zien als beschreven staat bij de gemiddelde waardes voor de eerste 4 variabelen (Figuur 1). Deze leerling had in de voormeting geen connectie gemaakt naar evolutie. Het aantal connecties tussen meiose en erfelijkheid is wel gedaald tijdens de nameting, maar het aantal goede connecties is wel gestegen. De kwaliteit van de connecties in de concept maps was bij deze 3 leerlingen ook gestegen (Bijlage 14.6 E en F, G en H, I en J).
Net zoals bij de empirische verkenning kregen deze 3 leerlingen apart 6 vragen die ze hardop-denkend moesten oplossen.
20 Vraag 1: Los onderstaand schema op.
Alle 3 de leerlingen konden dit schema zonder problemen oplossen, zoals leerling 24 hier beschrijft: ‘Oh dat is makkelijk. Oke hier heb je dominant recessief. Recessief recessief dominant recessief wordt grote A kleine a. Recessief recessief wordt kleine a kleine a hier heb je weer grote A kleine a wordt grote A kleine a en hier weer 2 keer recessief dus kleine a kleine a.’
Vraag 2: Aan welke biologische processen denk je bij het zien en oplossen van dit schema?
Leerling 24 koppelt hier erfelijkheid en evolutie aan, maar geeft geen verdere uitleg op wat voor manier deze processen met het schema te maken hebben.
‘Uhm. Evolutie en erfelijkheid. Want uhm dat is hier maak je het genotype mee geloof ik ja genotype. En dus ook een soort van een het deel van het fenotype want het fenotype is het genotype plus het milieu. Dus even kijken. Welke biologische processen? Ja. Evolutie en erfelijkheid.’
Leerling 5 en 18 koppelen bij dit schema naar meiose en voortplanting:
Leerling 5: ‘Ik denk aan crossing over bij de meiose 1 van de 2 chromosomenparen wordt geselecteerd om door te geven aan de volgende cel en die dat die dan weer zich splitst en dat dan van beide kanten 1 van de 2 wordt gekozen soort van.’
Leerling 18: ‘Aan meiose en voortplanting en genen. Niet echt meiose, want bij meiose ontstaan die cellen en hier zijn ze er al.’
Vraag 3: Waar denk je aan bij meiose en erfelijkheid?
Alle 3 de leerlingen kunnen het verband leggen tussen meiose en erfelijkheid, zoals leerling 5 beschrijft: ‘Meiose bepaalt soort van, want er is ook nog crossing over en mutaties, welke genen en welke eigenschappen dus worden doorgegeven en dat is erfelijkheid. Dat is gedeeltelijk willekeurig omdat het zo uit elkaar wordt getrokken in 2 helften.’
Vraag 4: Wat voor rol hebben mutaties in evolutie volgens jou?
Bij het evolutie gedeelte hadden 2 leerlingen moeite om uit te leggen wat precies evolutie was. Ook zat het misconcept dat organismen zich aanpassen aan hun omgeving wanneer deze veranderd erin. Leerling 5 kon wel uitleggen wat voor rol mutaties spelen in evolutie:
‘Volgens mij hebben mutaties in evolutie de rol van kleine willekeurige veranderingen of soms iets grotere en dat dan na een heleboel kleine willekeurige veranderingen langzaam de hele soort verandert omdat er genen met de kleine veranderingen die het meest ervoor zorgen dat die verandering wordt doorgegeven aan de volgende generatie het meest voor gaat komen na een tijdje. En zo kan de soort langzaam veranderen met kleine mutaties.’
21 Leerling 18 formuleert zoals hierboven staat beschreven:
‘Nou het past zich aan zeg maar, dus als er iets in de natuur zeg maar bijvoorbeeld wij kunnen er niet goed mee omgaan zeg maar, of het lichaam kan er niet goed mee omgaan dan gaat het soms muteren volgens mij en dan krijg je mutatie en dan uiteindelijk wordt het zeg maar dat je beter aangepast bent wat er om je heen is.’
Vraag 5: Aan welke biologische processen denk je bij het horen van de begrippen mutaties en evolutie? Bij deze vraag konden alle 3 de leerlingen bedenken dat mutaties moeten worden doorgegeven. Leerling 18 en 24 noemden specifiek het woord meiose, leerling 5 legde uit dat de mutaties moeten worden doorgegeven door voortplanting aan de volgende generatie.
Een fragment van leerling 24: ‘Evolutie denk ik sowieso aan soort van nieuwe generaties over de tijd heen dus dat is dan ook meiose en mitose, want zo creëer je toch evolutie en meiose dat sowieso, trouwens mutaties kunnen ook worden doorgegeven door meiose als de mutatie in een geslachtscel is. En als er mutatie in een mutatie hoeft niet ernstig te zijn…… Mutaties hoeven niet ernstig te zijn per se. Of het kan recessief zijn, dan is de kans veel kleiner dat het recessief is bij meiose is het toch kleiner dat het voorkomt bij de kinderen, omdat het dan recessief heb je sowieso minder makkelijk om te krijgen.’ Leerling 5:
‘Mutaties zijn als er ergens in het overschrijven van het DNA tijdens translatie of de transcriptie van DNA of de celdeling ergens een fout wordt gemaakt waardoor dan een van de genen of verandert bij een puntmutatie of dat een stukje dubbel wordt gedaan of dat er een stuk verdwijnt of dat soort dingen doen. En die veranderingen kunnen dan ook tot uiting komen in het fenotype en genotype. Evolutie bij voortplanting worden de genen van de ouders redelijk nauwkeurig soort van doorgegeven aan de kinderen en de veranderingen kunnen heel veel generaties later nog steeds er zijn en samen opgeteld iets langzaam veranderen.’
Vraag 6: Waar denk je aan bij mitose/meiose en evolutie?
Leerling 5 en 24 konden hier aangeven dat meiose nodig was voor evolutie en dat voortplanting daarbij hoorde.
Leerling 24: ‘Volgens mij heb ik dat net al een beetje verteld. Nou gewoon voortplanting, mitose en celdeling. Oh ja, trouwens ook als je wonden geheeld wordt door die celdeling, maar dat is niet echt evolutie. Dat is mitose die daar een rol bij speelt, maar dat is niet echt met evolutie. Gewoon voortplanting en meiose sowieso. Zonder meiose kom je nergens eigenlijk met evolutie. Eerst meiose en daarna mitose om bepaalde informatie voor bijvoorbeeld darmcellen en dan zijn ze allemaal hetzelfde. Oke ik houd het gewoon kort ik zeg gewoon voortplanting en nieuwe generaties.’
Leerling 5: ‘Bij mitose en evolutie wel een beetje het enige verband waar ik nu aan kan denken is dat door mitose het organisme groter wordt en dat daarom veranderingen in het genotype tot uiting kunnen komen. Dus dat er bijvoorbeeld een mutatie is dat ervoor zorgt dat er kanker ontstaat dat het ook gebeurd. Bij meiose door meiose wordt bepaald welke genen van de oudergeneratie op de jongere generatie overgaan en dus ook welke veranderingen blijven en welke niet.’
Leerling 18 zat wel in de goede richting met celdeling, maar gaf een kort antwoord zonder verdere uitleg. Ook hier zit het misconcept van evolutie erbij:
22
11.
Discussie en conclusie
In dit effectonderzoek was het doel om te onderzoeken of het probleem dat leerlingen vaak niet de koppeling tussen meiose en erfelijkheid (x1), en tussen mitose/meiose en evolutie (x2) maken, aangepakt kan worden door middel van visualisatie in de vorm van een activerende werkvorm en door middel van concrete voorbeelden in de les. De verwachting hierbij was dat de leerlingen bij de nameting (het maken van een concept map) meer koppelingen tussen meiose en erfelijkheid (y1) en meer koppelingen tussen mitose/meiose en evolutie (y2) zullen leggen. Hierbij wordt aangenomen dat de koppelingen biologisch gezien juist zijn.
Bij de gemiddelde waardes is een significante stijging waargenomen bij alle variabelen tijdens de nameting (Figuur 1). Dit zou verklaart kunnen worden door middel van de interventie. Het feit dat de leerlingen nu expliciet de verbanden hebben behandeld en ze zelf bezig zijn geweest met het leggen van de verbanden tijdens de werkvorm, kan deze stijging verklaren. Soortgelijke resultaten zijn behaald in een studie waarbij leerlingen ook aan de slag zijn gegaan met visualiserende werkvormen. Een visualisatie van DNA in de vorm van een activerend spelletje waarbij ook het kleien van DNA een onderdeel was, heeft leerlingen geholpen om het concept van moleculaire genetica en evolutie beter te begrijpen (Miralles, et al., 2013). Daarnaast is uit een andere studie gebleken dat visualisatie samen met actief tekenen van bepaalde genetische concepten een positief effect heeft op de leeropbrengst van de leerlingen (Marbach‐Ad, et al., 2008). Daarnaast is gebleken uit studies dat een actieve werkvorm de leerlingen meer motiveert dan een normale instructie les (Annetta, et al., 2009; Miralles et al., 2013; Tsui & Treagust, 2004). Deze verhoogde motivatie kan ook voor de waargenomen stijging zorgen.
Er zijn ook nog andere factoren die een rol kunnen spelen in het verklaren van de stijging. Het zou kunnen dat de tijdsduur een rol gespeeld heeft. Tijdens de voormeting hadden de leerlingen 15 minuten de tijd, in plaats van de geplande 25 minuten. Tijdens de nameting hebben de leerlingen wel 25 minuten de tijd gehad om aan de concept map te werken. Tijdsdruk kan ervoor zorgen dat er stress ontstaat. Deze stress heeft op zijn beurt weer een slechte invloed op de cognitieve prestaties van de leerlingen, waardoor ze slechter zouden kunnen scoren tijdens de voormeting (Edland & Svenson, 1993; Mendl, 1999). Daarnaast is het zo dat de leerlingen de concept map voor de 2e keer maken. Dit
kan ervoor zorgen dat ze er meer vertrouwt mee zijn en dus minder tijd kwijt waren voor het ontwerpen van de concept map. Dit zou ervoor kunnen zorgen dat de leerlingen tijdens de nameting meer tijd hadden om gericht koppelingen te maken en op te schrijven (Wynne et al., 2001).
Niet bij iedere leerling is dezelfde stijging te zien. Dit zou verklaard kunnen worden door het feit dat de leerlingen in groepjes gewerkt hebben. Niet elke leerling is aanwezig geweest bij alle lessen. Wanneer er een aantal van deze leerlingen in een groepje zitten, zal de werkvorm in dit groepje stroever verlopen. Dit zou ervoor kunnen zorgen dat de leerlingen tijdens de nameting minder gepresteerd hebben. Daarnaast is het belangrijk dat tijdens een visualiserende werkvorm het duidelijk is waar de leerlingen op moeten letten en wat de belangrijkste onderdelen zijn van de visualisatie. Leerlingen hebben soms moeite om de niet belangrijke zaken te scheiden van de belangrijke zaken (Gilbert, 2005; Hegarty, 2004). Niet iedere leerling kan dit even goed en elke visualisatie is verschillend (Takayama, 2005). Dit kan ervoor zorgen dat sommige leerlingen meer moeite hebben om het concept te visualiseren dan anderen en dit kan ertoe leiden dat sommige leerlingen minder scoren op de metingen.
Daarnaast is het belangrijk om niet alleen te kijken naar het aantal connecties die gemaakt zijn tijdens de metingen. Ook is het belangrijk dat er gekeken wordt naar de kwaliteit van de connecties. Deze
23 kwaliteit kan herkend worden aan het correct gebruik van vaktermen en een correcte uitleg bij de connectie die relevant is. Daarnaast hebben een aantal leerlingen ook een koppeling gemaakt tussen erfelijkheid en evolutie zelf. De stijging van de kwaliteit van de beschrijvingen in de concept maps van de voormeting en de nameting ondersteunt de stijging gevonden in de gemeten variabelen (Figuur 1, Figuur 3, Bijlage 14.6).
Figuur 5: Individuele waardes van leerling 7 en 24. De waardes zijn geteld in de gemaakte concept maps tijdens de voormeting en de
nameting.
Wanneer een leerling, zoals leerling 7, niet veel connecties heeft gemaakt, lijkt dat erop dat de interventie geen groot effect heeft gehad op deze leerling, in vergelijking met leerling 24 (Figuur 5). Als er dan gekeken wordt naar de kwaliteit van de connecties, blijkt dat de interventie wel degelijk een mogelijk effect op deze leerling heeft gehad. De kwaliteit van de connecties die leerling 7 legt in de concept map is uitgebreid en omvat vrijwel alle informatie die leerling 24 weergeeft in de concept map (Bijlage 14.6 C en D, I en J).
De hardop-denken opdracht geeft daarnaast ook informatie over de connecties die de 3 leerlingen maken. Wanneer de antwoorden van de 4V leerlingen vergeleken worden met de antwoorden van de 6V leerlingen is te zien dat de antwoorden van de 4V leerlingen vaak duidelijker en uitgebreider zijn dan die van de 6V leerlingen. Bijvoorbeeld de antwoorden van leerling 5 op vraag 4 en vraag 5 vergeleken met de antwoorden van leerling 1 op vraag 4 en van leerling 2 op vraag 5. Wanneer de antwoorden van 4V vergeleken worden met de antwoorden van 6V op vraag 3 en vraag 6, dan worden verbindingen tussen meiose en erfelijkheid en evolutie vaker gemaakt door de 4V leerlingen. In de vergelijking tussen de antwoorden van leerling 1 (6V) op een leerling 5 (4V) op vraag 3 is te zien dat de 6V leerling het verband niet kan uitleggen en dus ingaat op de aparte processen (Meiose is geslachtsdeling en erfelijkheid is het doorgeven van jouw chromosoom). De 4V leerling kan wel het verband uitleggen: Meiose bepaalt welke genen en welke eigenschappen worden doorgegeven en dat is erfelijkheid. Aan het antwoord op vraag 6 van leerling 1 is te zien dat er geen koppeling gemaakt wordt tussen meiose en evolutie, terwijl leerling 24 wel het verband kan aangeven. Wel is het zo dat de 4V leerlingen iets meer moeite hebben met het uitleggen van evolutie. Dit is te verklaren omdat 4V het onderwerp evolutie pas na de kerstvakantie gaat behandelen. Dit kan ook verklaren waarom er gemiddeld meer connecties worden gemaakt tussen meiose en erfelijkheid dan tussen meiose en evolutie. Bij deze vergelijking moet wel een kanttekening geplaats worden. De vergelijkingen vinden
